Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 45 Методы регулировки усиления

45 Методы регулировки усиления

1. Потенциометрические

Фактически используются резистивные делители напряжения с переменным коэффициентом деления (рисунок 1).

Недостатком метода является тот факт, что при изменении положения движка потенциометра изменяется сопротивление нагрузки предыдущего каскада и сопротивление источника последующего каскада.

В согласованных радиочастотных трактах широко используются П- и Т-образные резистивные аттенюаторы, которые позволяют при изменении вносимого затухания обеспечить постоянство входных и выходных сопротивлений (рисунок 2).

Однако для плавной регулировки усиления в этом случае необходимо обеспечить одновременное изменение сопротивлений. Поэтому такие схемы чаще используются для дискретной регулировки.

Использование полевых транзисторов в качестве управляемых сопротивлений позволяет организовать электронную регулировку усиления, например по схемам, приведенным на рисунке 3.

Первая схема - это простейший резистивный делитель напряжения, вторая - П-образный аттенюатор, причем для одновременной регулировки сопротивления каналов трех транзисторов используется специальная схема управления. Вместо полевых транзисторов часто используются p-i-n-диоды, дифференциальное сопротивление которых зависит от прямого тока и может меняться в широких пределах.

2. Режимные

Эта группа методов использует зависимость коэффициента усиления от режима работы транзистора. Например, коэффициент усиления по напряжению каскада с ОЭ определяется соотношением . Изменяя любым способом ток коллектора можно менять малосигнальный коэффициент усиления (рисунок 4).

Это можно сделать, например, изменяя потенциал базы транзистора, как это сделано на первой из приведенных схем. На второй схеме изменяется токозадающая разность потенциалов на эмиттерном резисторе. В третьем случае в цепь эмиттера установлен управляемый генератор стабильного тока.

Аналогичным образом можно менять малосигнальный коэффициент усиления дифференциального каскада. Пример такого решения приведен на рисунке 5.

В данном случае для управления усилением используется ток, а не напряжение, а в цепи эмиттеров дифференциального каскада установлено токовое зеркало. Если вместо токового зеркала установить генератор стабильного тока, например на биполярном транзисторе, усиление можно регулировать изменяя напряжение на базе этого транзистора.

3. Регулировка с помощью цепей обратной связи

В схема с глубокой отрицательной обратной связью усиление практически полностью определяется цепью обратной связи и не зависит от свойств усилителя. В это случае усиление регулируется изменением параметров цепи обратной связи. Примеры таких схем приведены на рисунке 6.

Первые две схемы - это классические схемы инвертирующего и неинвертирующего каскадов на операционных усилителях, где в цепях обратной связи установлены потенциометры. Третья и четвертная схемы демонстрируют возможность организации электронной регулировки усиления, причем последняя - с 3-полюсником в цепи обратной связи.

Помимо полевых транзисторов для электронного управления сопротивлением можно использовать резисторно-диодные или другие оптопары. Пример такой схемы приведен на рисунке 7. В данной схеме сопротивление фоторезистора, входящего в состав оптопары и одновременно включенного в цепь обратной связи зависит от силы падающего на него света, которая в свою очередь определяется прямым током светодиода.

Биполярный транзистор образует генератор стабильного тока.

4. На основе перемножителей сигналов

В данном случае один из входов перемножителя используется в качестве управляющего (рисунок 8).

Следует, однако, учитывать, что при использовании 4-квадрантного перемножителя при уменьшении управляющего напряжения до 0 и переходе в область отрицательных напряжений фаза выходного сигнала сменится на противоположную, а уровень сигнала начнет возрастать.

5.Усилитель тока Гильберта

Недостатком многих методов электронной регулировки усиления является сильная нелинейность не позволяющая работать с сигналами большой интенсивности. Оригинальным решением этой проблемы является схема, предложенная Гильбертом. Ее упрощенный вариант с пояснениями приведен на рисунке 9.

В данном случае для упрощения считается, что входным сигналом является разность входных токов, а выходным – разность выходных.

Заметим, что полученное соотношение для коэффициента передачи не основано на малосигнальном приближении, а получено с учетом нелинейной модели транзистора. Тем не менее, зависимость входного и выходного сигнала описывается линейным соотношением.

Управляющим сигналом здесь является .

В схеме, приведенной на рисунке 10, входной и выходной сигналы – это дифференциальные напряжения. Входной сигнал дифференциальной парой VT5, VT6 преобразуется в разность токов, а выходные токи, выделяясь на коллекторных сопротивлениях, образуют дифференциальное выходное напряжение.