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: Ки≤3,5;ty≤0.1мкс;Rвх≥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 RкорСкор, однако емкость конденсатора Скор 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?