Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6 - Журнал «Домашняя лаборатория»

приблизительно 10 мкВ в полосе частот от 2 Гц до 100 кГц. Наличие полевого транзистора в первом каскаде позволяет получить входное сопротивление около 5 МОм. В случае необходимости увеличения входного сопротивления следует изменить сопротивление резистора R1. Шумы усилителя в этом случае возрастут. Коэффициент усиления можно менять от 100 до 4000 подстроечным резистором R7. Исключение из схемы конденсатора С1 позволяет использовать усилитель для передачи сигналов постоянного тока. При этом дрейф составит 1,5 мВ за 8 ч работы.

Чувствительный усилитель.

Схема (рис. 4.68) предназначена для усиления сигналов в диапазоне частот от 100 Гц до 1,2 МГц; коэффициент усиления порядка 104. Входной шум при сопротивлении генератора 5 кОм равен 40 мкВ, максимальный выходной сигнал 1,5 В, входное сопротивление 2,5 МОм. Схема содержит пять каскадов усиления. Входной каскад на полевом транзисторе VT1 выполнен по схеме с ОИ. Два последующих каскада собраны по идентичной схеме. В этой схеме для стабилизации параметров усилителя применены две цепи ООС через резисторы R3 и R6, R12 и R15.

Последний каскад с ОС через R20 обеспечивает усиление около 20 и малое выходное сопротивление. Вместо дискретных компонентов возможно применение интегральной микросхемы К122УС1.

Широкополосный усилитель.

Усилитель состоит из трех каскадов (рис. 4.69). Каждый каскад имеет коэффициент усиления около 30. Полоса пропускания усилителя от 1 кГц до 1 МГц. При использовании транзисторов с более высокой граничной частотой, например КТ360 и КТ324, полоса пропускания может быть расширена до 100 МГц. Несмотря на то, что общий коэффициент усиления более 2∙104, усилитель устойчив. Это происходит, в частности, за счет того, что каждый каскад питается от отдельного источника питания. Принцип построения усилителя можно использовать при создании резонансного усилителя с большим коэффициентом усиления.

11. 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.

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 Rвх = 2∙103 МОм, Свх = 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.

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: истоковый 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 С3. Эта зависимость показана на рис. 4.73,в. Меняя емкость конденсатора, можно добиться неравномерности частотной характеристики менее ±3