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 иVT3 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 транзистораVT1 слу­жит открывающим потенциалом для транзистораVT2. Аналогичным образом связаны и транзисторыVT3 иVT4. 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 потен­циометрR5 и резисторR4.

Микрофонный усилитель. Усилитель (рис. 4.71) располагается в непосредственной близости от микрофона. Выходной сигнал усили­теля снимается с резистора R4. Смещение в базу транзистораVT1 и температурная стабилизация усилителя обеспечиваются делителемR2 иR3. РезисторR1 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= =2-10³МОм, 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 транзистореVT2. Введение этого транзистора значительно увеличивает глубину ООС. Входное полное сопротивление усилителя равно Rвх>3-10³МОм, Свх<1,1 пФ. Коэффициент усиления близок к единице.

Рис 4.72

Применение в схеме рис. 4.72, в дополнительного усилительного каскада на транзистореVT3 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 8-10³МОм, 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 — транзисторVT1 и усилителя на составном тран­зисторе с полной ООС. Напряжение между истоком и стоком поле­вого транзистора не превышает падения напряжения на переходе база — эмиттер транзистораVT2. 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 транзисторомVT1. ТранзисторVT2 служит для уменьшения емкости нагрузкиVT1 и стабилизации коэффициента усиления. Непо­средственная связь между тран­зисторами и с выхода усилителя на базуVT1 приR4 стабилизи­рует режим работы усилителя как по постоянному, так и по перемен­ному токам. Форма амплитудно-частотной характеристики усили­теля зависит от емкости конден­сатораСЗ. 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 диодомVD2. Наличие двух диодов на выходе кабеля позволяет согласовать сиг­налы, передаваемые интегральной микросхемой на вход другой мик­росхемы.