Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5

9. Регулятор с расширенной линейной областью на 15 дБ за счёт линеаризирующих диодов

(при входном напряжении 50 мВ имеет коэффициент гармоник на выходе 0.1 %)

10. Высоколинейный детектор огибающей.

Входное напряжение не должно быть более 100 мВ. При этом с коллекторов снимается верхняя, а с эмиттеров — нижняя огибающая AM — сигнала.

11. Пример применения в усилителе — ограничителе ЧМ — сигнала.

Контур выделяет первую гармонику. Ток транзистора VT2 имеет форму, близкую к прямоугольной. В микросхемном исполнении (например, К174ХА6, К174УРЗ и др.) контур заменяют обычным резистором.

Введение каскодной развязки с нагрузкой уменьшает амплитудно — фазовую конверсию:

12. Ограничитель другого типа.

13. Дифференциальный (балансный) каскад.

Позволяет решать задачу усиления сигналов с частотой от нуля (постоянного тока) до сотен МГц и при этом:

— даёт малую ошибку разбаланса входов за счёт взаимной компенсации U_бэ;

— стабилен по температуре и по времени благодаря согласованным изменениям параметров транзисторов;

— обладает способностью усиливать только дифференциальные сигналы и "не реагировать" на синфазные напряжения;

— имеет высокую линейность и скорость нарастания, особенно каскады на полевых транзисторах (ПТ);

— обладает высокой устойчивостью за счёт того, что входной и выходной токи попадают в шины общего провода (земли) и питания, замыкаясь через генератор и нагрузку, что особенно важно в УВЧ.

Для наглядности ниже показана схема четырёхплечного моста как элемента, не обладающего дрейфом. Если мост сбалансирован, т. е. R1/R2 = R3/R4, то при изменении напряжения питания баланс не нарушается и ток нагрузки равен нулю.

В дифкаскаде роль резисторов играют транзисторы:

Входное сопротивление ДК на ВТ равно:

R_вх = 4h_21э•f_т/I_эсм, где I_эсм — общий (суммарный) эмиттерный ток смещения. Коэффициент усиления по напряжению K_u = R_кI_эсм/2f_т при R_к1 = R_к2.

Искажения ДК на биполярных транзисторах при малых сигналах:

K_r=U_m⁴/4f_т⁴,

в то время как каскад с ОЭ имеет K_r = U_m²f_t²/(f_т + I_эR_э)⁴, а при R_э = 0 K_rmax = U_m²/f_т² где U_m — амплитуда входного сигнала.

Нетрудно подсчитать, что дифкаскад имеет искажения в 100 раз меньшие, чем каскад с ОЭ с R_э = 0 и U_m = 5 мВ. В то же время, искажения каскада на транзисторах разной проводимости довольно значительны. Поэтому для их уменьшения целесообразно включить между эмиттерами транзисторов резистор 100 Ом и более. Перегрузочная способность ДК на ПТ примерно в 100 раз выше, т. к. U_oтc/f_t = 100. Так, например, при U_oтc = 2,6 B, U_вхmах = 1,5 В при К_г = 1 % на выходе, в то время как для биполярных транзисторов при том же коэффициенте гармоник U_вхmах = 17 мВ. К недостаткам ДК на ПТ можно отнести меньший (примерно в 4 раза) коэффициент усиления и большее напряжение смещения, которое сводится к минимуму использованием интегральных сборок, а так же тщательной подборкой транзисторов по параметрам и установкой их на общем радиаторе. Кроме того, при замене резистора в эмиттерной цепи ДК на ГСТ образуется очень глубокая отрицательная ОС по синфазному сигналу и сильное ослабления дрейфа. Другой недостаток ДК (в том числе и на ВТ) заключается в том, что эквивалентная шумовая ЭДС симметричного ДК в 2^0,5 раз (на 3 дБ), несимметричного ДК с пассивным генератором тока — в 2 раза (на 6 дБ), а несимметричного ДК с активным генератором тока — на 7–8 дБ превышает при прочих равных условиях эквивалентную шумовую ЭДС каскада с ОЭ на одном транзисторе. Это вытекает из того, что источник сигнала подключён к обоим входам ДК последовательно:

Следовательно, и источники шума транзисторов подключаются к источнику сигнала также последовательно. Таким образом, эквивалентная плотность напряжения входного шума равна:

Е_ш = (e_ш1 + e_ш2)^0,5 = 1,4•e_ш (при e_ш1 = e_ш2).

Как выход из положения применяют параллельное включение транзисторов, что позволяет в n раз уменьшить шумы, где n — количество параллельно включённых транзисторов. Уменьшению шумов также способствует встречная динамическая нагрузка ДК с помощью отражателя тока, что эквивалентно симметричной нагрузке.

14. Увеличение нагрузочной способности и повышение линейности ДК и его симметрии с помощью введения резисторов R_э (от 100 Ом до 1…2 кОм):

Верхнее значение R_э определяется требуемым усилением напряжения K_u = R_к/R_э, дрейфом нулевого потенциала и шумом сопротивления R_э, т. к. оно включается последовательно с источником сигнала. Иногда с помощью конденсатора, включённого между эмиттерами, вводят коррекцию по опережению.

15. Схема дифкаскада, свободного от эффекта Миллера.

Введение следящей обратной связи в коллектор входного транзистора позволяет нейтрализовать входную ёмкость ДК (СК):

подстроечный резистор устанавливается в такое положение, при котором на верхней рабочей частоте напряжение на коллекторе транзистора равно входному.

16. Симметричный съём сигнала с помощью токового зеркала.

Позволяет уменьшить шумы и увеличить коэффициент усиления по сравнению с простым несимметричным ДК. Резистор RC-цепи по запаздыванию выбирают в пределах 68…680 Ом, конденсатор — в пределах 180…2200 пФ.

17. Компенсация ООС через ёмкости С_к транзисторов ДК с помощью дополнительных транзисторов.