Интегральные усилители переменного напряжения

Усилители низкой частоты. УНЧ в интегральном испол­нении — это, как правило, апериодические усилители, охваченные общей (по постоянному и переменному току) или местной ОС. Часто применяются оба названных ви­да ОС. Интегральные электронные усилители содержат большое число вспомогательных выводов, которые при­дают им универсальность, расширяют область приме­нения. Правда, увеличение числа выводов уменьшает процент выхода готовых ИМС и повышает их стоимость.

На рис. 5.36, а показана схема двухкаскадного УННЧ типа 122УН1. Первый каскад (на транзисторе VT1) со­бран по схеме ОЭ, а второй (на транзисторе VT2) — по схеме ОЭ, если выходной сигнал снимается с выводов 8, 9, или по схеме ОК, если выходной сигнал снимается с вывода 11.

Выводы 3, 5, 10, а также 11, если последний не явля­ется выходным, служат для подключения внешних конденсаторов, осуществляющих частотную коррекцию. К точке 10 можно подключить конденсатор, который совме­стно с резистором R3 образует фильтр в коллекторной цепи транзистора VT1 для уменьшения опасности возбуж­дения усилителя. При подключении шунтирующих конден­саторов к выводам 3, 5 и 11 ООС по переменному сигналу отсутствует, остаются только местные ООС по току, созда­ваемые резисторами R2 и R7 и осуществляющие стабили­зацию режима. Резисторы R4 и R5 обеспечивают смещение на эмиттерном переходе транзистора VT1 и одновременно образуют общую ООС усилителя.

Рис. 5.36. Схемы ИМС 122УН1 (а) и К284УЕ1 (б)

 

Если требуется обеспечить высокое входное сопротив­ление интегрального усилителя, в его входном каскаде можно использовать полевые транзисторы. Примером та­кого усилителя является ИМС типа К284УЕ1 (рис. 5.36, б). Типовая схема включения этой ИМС дана на рис. 5.37, а.

 

Рис. 5.37. Усилитель на ИМС К284УЕ1:

а —типовая схема включения ИМС; б — принципиальная схема усилителя

В соответствии с типовой схемой включения принципи­альная схема усилителя выглядит так, как паказано на рис. 5.37, б. Резистор R5 является нагрузкой в цепи истока ПТ VT1 и частью коллекторной нагрузки БТ VT2. Одно­временно резистор R5 является элементом последова­тельной ООС по напряжению. Резистор R6 служит для защиты выходного транзистора от перегрузок при корот­ком замыкании на выходе. Навесной резистор R исклю­чает шунтирование входа усилителя делителем R1R2.

Рассмотренный усилитель может применяться в каче­стве входного каскада чувствительных усилителей, выход­ного каскада при передаче сигналов по кабелю (благо­даря малому выходному сопротивлению) и других уст­ройств, требующих большого входного и малого выходно­го сопротивлений. Его можно применять также в устрой­ствах, требующих стабильного коэффициента передачи.

На рис. 5.38, а показана принципиальная схема ИМС типа К119УН2. Усилитель, выполненный на этой микросхеме, может работать в диапазоне частот от 5 Гц до 200 кГц. В соответствии с типовой схемой включения (рис. 5.38, б) принципиальная схема усилителя выглядит так, как показано на рис. 5.38, в. Первый каскад выпол­нен на транзисторе VT1 по схеме с ОЭ. Резисторы R3 и R4 обеспечивают необходимую термостабилизацию каскада. Для уменьшения ООС по переменному току резистор R4 шунтируется конденсатором С большой емкости. Тран­зистор второго каскада включен по схеме с ОК (т. е. пред­ставляет собой эмиттерный повторитель).

Рис. 5.38. Усилитель на ИМС К119УН2: а – принципиальная схема ИМС;

б – типовая схема включения ИМС; в – принципиальная схема усилителя

С выхода второго каскада на вход первого через резистор R1 осущест­вляется последовательная ООС по напряжению.

Широкополосные усилители. В настоящее время раз­работано большое количество широкополосных интеграль­ных усилителей (ШИУ). Полоса пропускания некоторых из них составляет сотни мегагерц, АЧХ имеет особую форму. Многие из этих усилителей обладают повышенной чувствительностью. Такие ШИУ образуют специаль­ную группу. Большинство же современных ШИУ обладают универсальными свойствами, т. е. могут применяться для усиления импульсных или других широкополосных сигна­лов в различных узлах современной РЭА.

На рис. 5.39 показана принципиальная схема интеграль­ного ВУС типа 218УИ1 для видеоим­пульса положительной полярности. Усилитель имеет два входа: потенци­альный 12 и импульсный 11. Внем применена комбинированная стаби­лизация режима: эмиттерная — че­рез резистор R4 и коллекторная — через резистор R2. Нагрузкой тран­зистора по постоянному току являет­ся резистор R3. Усилитель имеет следующие параметры: К _и ≤3,5;t _y ≤0.1мкс;R _вх ≥1 кОм.

Рис. 5.39. Схема интегрального ВУС 218УИ1

В качестве импульсных усилителей и видеоусилите­лей широко применяются двухкаскадные ШИУ, или так называемые токовые двойки. Примерами таких интеграль­ных усилителей являются ИМС типа К118УП1, К119УП1, К119УН1, К218УП2, К218УН3 и др. Они представляют собой двухкаскадные усилители с параллельной ООС по току. Коэффициент усиления таких усилителей можно изменять в широких пределах путем подбора параметров цепей ОС.

Двухкаскадный усилитель типа К118УП1 (рис. 5.40, а)предназначен для усиления импульсных сигналов. Напря­жение смещения подается на базу транзистора VT1 перво­го каскада через резистор R2 с нелинейного делителя, состоящего из резисторов R4 и R5 и транзистора VT3. Эти же элементы образуют цепь ООС. Глубину ООС можно изменять в широких пределах путем изменения напряжения, подаваемого на базу транзистора VT3 (че­рез вывод 5).

Рис. 5.40. Схемы интегрального импульсного усилителя К118УП1 (а) и генератора тока (б)

Транзистор VT4 является элементом высокочастотной коррекции: используются зарядные емкости его обратно смещенных эмиттерного и коллекторного р — n - переходов. При необходимости между выводами 12 и 14 может подключаться дополнительный конденсатор.

Кроме такого способа коррекции, применяется кор­рекция двухполюсником. Последний представляет собой генератор тока, включаемый в цепь эмиттера. Этот гене­ратор тока (рис. 5.40, б) также имеет корректирующую цепь R_корС_кор, однако емкость конденсатора С_кор обычно не превышает 15 пФ. Интегральный конденсатор такой емкости легко реализуем.

Достоинствами эмиттерной коррекции являются вы­сокая устойчивость усиления, повышенная стабильность параметров, возможность изменения полосы пропускания и коэффициента усиления в широких пределах и др.

В ШИУ применяется и индуктивная высокочастотная коррекция. Однако ввиду сложности изготовления инте­гральных катушек индуктивности с высокой добротностью вместо них используются эквиваленты индуктивности. В качестве аналогов индуктивности перспективными сле­дует считать эквивалентные индуктивности на основе опе­рационных усилителей и гираторов.

Контрольные вопросы и задания

1. Поясните принцип усиления переменного напряжения впростей­
ших усилителях на ПТ и БТ.

2.Изобразите схемы усилительных каскадов на ПТ, содержащие
по одному источнику питания. Как рассчитываются элементы усили­
теля, обеспечивающие заданный режим работы?

3.Изобразите схему усилителя на БТ с эмиттерной стабилизацией.
Докажите наличие термостабилизации режима в таком усилителе и поясните методику расчета элементов, обеспечивающих заданный режим покоя.

4.В чем отличия выходной динамической характеристики усили­теля от выходной нагрузочной характеристики? Как строится выходная
динамическая характеристика?

5.Каково назначение конденсаторов, шунтирующих резисторы в
цепях истока и эмиттера транзисторных усилителей?

6.В чем отличия между входной динамической емкостью усили­теля и входной емкостью активного элемента (ЭУЛ, ПТ или БТ)?

7.Составьте эквивалентную схему по переменному току усилителя,
схема которого приведена на рис. 5.10, а.

8.Почему в усилителях переменного напряжения происходит умень­шение коэффициента усиления в областях верхних и нижних частот?

9.В чем заключается высокочастотная коррекция АЧХ усилителей
и в каких случаях она применяется?

10.Для каких целей используется низкочастотная коррекция АЧХ
усилителей?

11.Какие свойства повторителей напряжения обусловливают их
использование в качестве согласующих каскадов?

12.В чем отличия избирательных усилителей от широкополосных?