II. Кабельные усилители

Усилитель с низкоомным выходом. Усилитель (рис. 4.70) предназначен для работы на кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Коэффициент усиления равен единице. Максимальная ампли­туда входного сигнала около 10 В. С помощью резистора R3 уста­навливается нулевое напряжение на выходе. Входное сопротивление каскада более 50 кОм. Полоса пропускания усилителя более 10 МГц.

Транзисторы VT1 и VT3 находятся в открытом состоянии. При достаточно близких параметрах транзисторов на входе схемы полу­чается потенциал, практически равный нулю. В то же время паде­ние напряжения на базо-эмиттерном переходе транзистора VT1 слу­жит открывающим потенциалом для транзистора VT2. Аналогичным образом связаны и транзисторы VT3 и VT4. По этой причине на выходе схемы отсутствует «ступенька» напряжения при переходе входного сигнала через нулевой уровень. Для устранения постоян­ного напряжения на выходе схемы, возникающего из-за разброса сопротивлений резисторов и параметров транзисторов, служат потен­циометр R5 и резистор R4.

Микрофонный усилитель. Усилитель (рис. 4.71) располагается в непосредственной близости от микрофона. Выходной сигнал усили­теля снимается с резистора R4. Смещение в базу транзистора VT1 и температурная стабилизация усилителя обеспечиваются делителем R2 и R3. Резистор R1 является нагрузкой первого каскада и одно временно осуществляет ООС во втором каскаде. Обратная связь снижает нелинейные искажения и обеспечивает выходное сопротив­ление около 600 Ом. Нижняя граничная частота усилителя равна 16 Гц. Общий коэффициент усиления схемы (150 — 250) зависит от коэффициента передачи применяемых транзисторов.

Рис. 4.70 Рис. 4.71

Выносные предварительные усилители. Для передачи сигналов датчиков, удаленных от измерительных устройств, применяются уси­лители (рис. 4.72), выходной сигнал которых и напряжение питания к которым проходят по одним и тем же проводам. Во всех усилите­лях нагрузка помещена на конце кабеля, а ток от источника питания проходит через нагрузочный резистор.

На рис. 4.72, а приведена простая схема усилителя со 100 %-ной ООС. Входное полное сопротивление усилителя равно R_вx= =2-10³ МОм, С_вх=2,5 пФ. Коэффициент передачи в диапазоне частот от 10 Гц до 50 МГц лежит в пределах 0,9 — 0,92. Шумы усилителя в полосе частот от 5 Гц до 300 кГц равны 10 мкВ для замкнутого входа, а при входной емкости 100 пФ — 12 мкВ. Для уменьшения внешних наводок на входные цепи необходима тщательная экрани­ровка усилителя и использование на печатной плате компенсационных дорожек.

В схеме усилителя на рис. 4.72, б для компенсации входной емко­сти полевого транзистора применена динамическая нагрузка, выпол­ненная на транзисторе VT2. Введение этого транзистора значительно увеличивает глубину ООС. Входное полное сопротивление усилителя равно Rвх>3-10³ МОм, Свх<1,1 пФ. Коэффициент усиления близок к единице.

Рис 4.72

Применение в схеме рис. 4.72, в дополнительного усилительного каскада на транзисторе VT3 в петле ОС ведет к сужению полосы пропускания, которая в данном случае составляет от 5 Гц до 7 МГц. Коэффициент передачи близок к единице. Входное сопротивление на низких частотах 8-10³ МОм, а входная емкость до частоты 1 МГц не превышает 0,09 пФ. Шум в полосе частот 5 Гц — 300 кГц равен 8 мкВ при замкнутом входе. При входной емкости 100 пФ шум не увеличивается. Однако для емкости 10 пФ шум равен 30 мкВ, при 1 пФ — 200 мкВ.

На входе усилителя, изображенного на рис. 4.72,г, отсутствует входной разделительный конденсатор. Этот усилитель имеет коэффи­циент усиления 12, входное сопротивление 500 МОм и входную емкость 2,7 пФ. Полоса пропускания ограничена частотой 1 МГц, поскольку применены низкочастотные полевые транзисторы. Уровень собственных шумов при емкости на входе 100 пФ равен 30 мкВ.

Схема усилителя рис. 4.72, д состоит из двух каскадов: истоко-вый повторитель — транзистор VT1 и усилителя на составном тран­зисторе с полной ООС. Напряжение между истоком и стоком поле­вого транзистора не превышает падения напряжения на переходе база — эмиттер транзистора VT2. Малое напряжение сток — исток полевого транзистора позволяет существенно уменьшить шумы уси­лителя в области низких частот. Основные параметры усилителя: входное сопротивление 800 МОм, входная емкость 0,5 пФ, коэффи­циент усиления 0,98 в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц, напря­жение шума 35 мкВ.

Антенный усилитель. Двухтранзисторный усилитель (рис. 4.73, а) предназначен для работы в полосе частот от 100 кГц до 35 МГц. Усиление сигнала осуществляется транзистором VT1. Транзистор VT2 служит для уменьшения емкости нагрузки VT1 и стабилизации коэффициента усиления. Непо­средственная связь между тран­зисторами и с выхода усилителя на базу VT1 при R4 стабилизи­рует режим работы усилителя как по постоянному, так и по перемен­ному токам. Форма амплитудно-частотной характеристики усили­теля зависит от емкости конден­сатора СЗ. Эта зависимость пока­зана на рис. 4.73, в. Меняя ем­кость конденсатора, можно до­биться неравномерности частотной характеристики менее ±3 дБ. Влияние емкости конденсатора СЗ на амплитудную характеристику проиллюстрировано на рис. 4.73, б.

Рис. 4.73 Рис. 4.74

Согласующий каскад. При передаче импульсных сигналов через кабель уделяется большое внимание согласованию кабеля по входу и выходу. Если кабель не оканчивается согласованной нагрузкой, то одиночный импульс отражается в нем несколько раз. Чтобы изба­виться от рассогласования, необходимо применить на выходе кабеля диодные ограничители. Когда импульсный сигнал с амплитудой 5 В приходит на базу выходного транзистора, то отраженный сигнал ограничивается диодом VD1 (рис. 4.74). Уничтожение паразитных выбросов отрицательной полярности осуществляется диодом VD2. Наличие двух диодов на выходе кабеля позволяет согласовать сиг­налы, передаваемые интегральной микросхемой на вход другой мик­росхемы.

Дата добавления: 2014-11-29