Схема. Предварительный усилитель сигнала датчика

      От подобных по назначению уст­ройств, предложенных в [1—4], этот усилитель выгодно отличается сочетанием малых собственных шумов, высокой температурной стабильностью параметров и широкой полосой про­пускания.

    Основные технические характеристики:
Нормированная ЭДС шума, нВ/Гц0,5 (на частоте 1 кГц при эквивалентном со­противлении генерато­ра 50 Ом), не более ………….1
Коэффициент усиления на­пряжения ……………….150
Рабочая частотная полоса, Гц, не менее……………5…106
Входное сопротивление, Ом, не менее …………….500
Выходное сопротивление, Ом, не более……………..200
Рабочий интервал темпера­туры окружающей среды, °С …………………-50…+50
Температурный дрейф ко­эффициента усиления напряжения, %, не более ……..5
Температурный дрейф по­стоянной составляющей выходного напряжения, В, не более ………………0,5
Напряжение питания, В   …….5±0,25
Потребляемый ток, мА, не более ……… ……………6
  
      Принципиальная схема предвари­тельного усилителя изображена на рис. 1. Первая ступень образована транзисторами VT3 и VT4 в каскодном включении с последовательным пита­нием. Конденсатор СЗ — разделитель­ный. Транзисторы VT1.1, VT1.2, VT2.1, VT2.2 и резисторы R1, R3—R6 опреде­ляют режим работы ступени по посто­янному току. Резистор R7 — нагрузоч­ный. Конденсаторы С2, СЗ и резистор R2 формируют амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя в ниж­нечастотной области, а верхнюю гра­ничную частоту полосы пропускания определяет емкость конденсатора С4.

     Во второй ступени усилителя рабо­тает транзистор VT5, нагрузкой которо­го служит резистор R8. Эмиттер этого транзистора соединен с общим прово­дом температурозависимой цепью, состоящей из резисторов R9, R10, дио­дов VD1—VD3 и транзистора VT2.2. Коэффициент усиления напряжения ступени определяется отношением сопротивления резистора R8 к эквива­лентному сопротивлению этой цепи.

     Если под воздействием каких-либо дестабилизирующих факторов, напри­мер, изменения температуры окружаю­щей среды, увеличился (или уменьшил­ся) ток через транзисторы VT3, VT4, то уменьшится (увеличится) ток базы и ток эмиттера транзистора VT5. Это вызовет уменьшение (увеличение) тока, проте­кающего через «токовые зеркала» VT2.1VT2.2R10 и VT1.1VT1.2R1R3, а также через делитель напряжения R4— R6. В результате уменьшится (увели­чится) ток базы, а следовательно, и ток эмиттера транзисторов VT3, VT4, воз­вращаясь к своему первоначальному значению. Благодаря действию такой ОС стабилизируется работа первой и второй ступеней усилителя по посто­янному току.

     Третья (выходная) ступень усилителя представляет собой эмиттерный повто­ритель на транзисторе VT6. Транзистор VT7.1 «токового зеркала» VT7.1VT7.2R12 служит источником тока для транзисто­ра VT6. Источник тока в эмиттерной цепи транзистора VT6 обеспечивает высокую нагрузочную способность вы­ходной ступени [5]. Конденсатор С5 корректирует АЧХ ступени в ее верхне­частотной области.

      Резистор R11 создает отрицатель­ную ОС между второй и третьей ступе­нями усилителя, повышающую стабиль­ность его работы. Конденсаторы С1, С6 и резистор R13 — элементы фильтра в цепи питания.

      Конденсаторы С1—СЗ, С6 в усили­теле — оксидно-полупроводниковые танталовые К53-56, а С4, С5 — керами­ческие К10-17в. Резисторы R1—R13 — Р1-12 или С2-23, С2-33, МЛТ. Диоды КД522А могут быть заменены любыми из серий КД521, КД522. Транзисторные сборки КТС393А-9 и КТС398А9 замени­мы на КТС393Б-9, КТСЗЮЗА, КТСЗЮЗБ, КТСЗЮЗА-1, КТСЗЮЗБ-1 и КТС398Б9, КР159НТ1А—КР159НТ1Е соответствен­но. Вместо КТ3106А9 подойдут малошу­мящие транзисторы КТ396А9, КТ399А, КТ399АМ, КТ3117Б, КТ3117Б9.

      Усилитель смонтирован на печатной плате методом поверхностного монта­жа. Ее изготовляют из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5—1 мм. Чертеж платы представлен на рис. 2. Для ослабления влияния внешних элек­трических и магнитных полей на работу усилителя плата помещена в коробку из листового пермаллоя толщиной 0,8 мм.
 
     Налаживание усилителя начинают с установки режима работы по постоянному току, при котором обеспечива­ется максимальный уровень выходного сигнала. Для этого к входу усилителя подключают генератор синусоидально­го напряжения, а к выходу — осцилло­граф. Амплитуда выходного напряже­ния генератора не должна превышать 10 мВ, а частоту его настройки следует установить в пределах 1 …2 кГц. Наблю­дая выходной сигнал усилителя на эк­ране осциллографа и постепенно уве­личивая амплитуду выходного напря­жения генератора, подборкой резисто­ра R1 добиваются двустороннего сим­метричного ограничения максимально­го выходного сигнала усилителя.

     Коэффициент усиления напряжения, нижнюю и верхнюю границы частотной полосы пропускания измеряют по известным методикам. Коэффициент усиления напряжения устанавливают подборкой резистора R10. Минималь­ного температурного дрейфа коэффи­циента усиления напряжения доби­ваются подборкой резистора R9. В про­цессе подборки этих резисторов следу­ет контролировать и поддерживать режим работы усилителя по постоянно­му току согласно вышеизложенному.

     Значение верхней граничной частоты полосы пропускания устанавливают подборкой конденсатора С4. При умень­шении емкости этого конденсатора происходит расширение полосы про­пускания усилителя в верхнечастотную область. Шумовые параметры усилите­ля контролируют по методике, изло­женной в [4].
  
     На рис. 3—5 показаны графики зависимости коэффициента усиления напряжения от частоты, нормированно­го коэффициента усиления напряжения и постоянной составляющей выходного напряжения от температуры окружаю­щей среды, на рис. 6 — нормирован­ной ЭДС шума от частоты.

     При эксплуатации усилителя следу­ет учитывать влияние температуры окружающей среды на верхнюю и ниж­нюю граничную частоту полосы пропус­кания. АЧХ на рис. 3 построена по результатам измерений, проведенных при температуре окружающей среды +25 °С. На границах рабочей частотной полосы коэффициент усиления напря­жения, измеренный по уровню 0,707 от его значения на центральной частоте полосы пропускания, спадает до 106, что соответствует полосе от 3,3 Гц до 1,2 МГц. Реальная ширина полосы про­пускания в рабочем интервале темпе­ратуры окружающей среды указана в основных технических характеристиках усилителя.

      Нелинейная зависимость коэффи­циента усиления напряжения от темпе­ратуры окружающей среды (см. рис. 4), обусловленная нелинейностью цепи термокомпенсации усилителя, вполне допустима для многих практических случаев. Линейная зависимость посто­янной составляющей выходного напря­жения от температуры окружающей среды (см. рис. 5) облегчает согласова­ние усилителя по постоянному току с последующими узлами.

     Хотя уровень нормированной ЭДС шума усилителя и возрастает в частот­ной области, лежащей ниже граничной частоты среза фликер-шума [6], равной 350 Гц (см. рис. 6), из этого не следует делать вывод, что усилитель нельзя применять для работы на более низкой частоте, так как в нижнечастотной обла­сти относительно высокий уровень фликер-шума присущ и большинству датчиков, с которыми может быть использован усилитель [7]. Важно лишь, чтобы собственный шум усилителя не превышал шума датчика.

О. ИЛЬИН, г. Казань, Татарстан
«Радио» №2 2011г

ЛИТЕРАТУРА
1. Аксененко М. Д. и др. Микроэлект­ронные фотоприемные устройства. — М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 70—82.
2. Замковец Н. В., Курбатов В. А., Си-бельдин Н. Н. Широкополосный охлаждае­мый фотоприемник. — Приборы и техника эксперимента, 1973, № 2, с. 190—193.
3. Овсянников Г. А., Проклов С. В. Низ­кочастотный малошумящий усилитель. — Приборы и техника эксперимента, 1988, № 3, с. 127—129.
4.  Ильин О. Малошумящий предусили-тель для низкоомных фоторезисторных дат­чиков. — Радио, 2006, № 7, с. 36—38.
5.  Эмиттерный повторитель с высокой нагрузочной способностью. — Радио, 1979, №5, с. 61.
6. Букингем М. Шумы в электронных при­борах и системах. Пер. с англ. — М.: Мир, 1986, с. 148—192.
7. Киес Р. Д., Крузе П. В., ПатлиЭ. Г. Фо­топриемники видимого и ИК диапазонов. Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1985, с. 44—48.

Похожие статьи:
Домашнетеатральный усилитель мощности ЗЧ
Транзисторный KB усилитель мощности
Предварительный усилитель
Схема гитарного усилителя на лампах (1)
Схема гитарного усилителя на лампах (2)