Исследование предварительного усилителя с большим входным сопротивлением

Усиление сигналов, получаемых от источников с большим внутренний сопротивлением, требует применения усилителей, входное сопротивление которое должно быть еще более высоким. Причем важное значение может иметь не только большая вeличина активной составляющей входного сопротивления, но и малая величина входной емкости. В реальной схеме к входной емкости усилителя может добавиться значительная емкость проводов, соединяющих источник сигнала с усилителем. Для уменьшения этой емкости необходимо максимально приближать усилитель к источнику сигналов, использовать провода с минимальной емкостью. С целью уменьшения наводок от посторонних источников сигналов часто используют экранированные провода или коаксиальный кабель. Погонная емкость соединительного экранированного провода или кабеля имеет величину порядка 100 пФ на метр длины. Действенным методом уменьшения емкости соединительного экранированного кабеля является использование метода компенсации. Метод иллюстрируется на рис. 1.

Сигнал к усилителю подводится по проводу с двойным экраном. Если на внутренний экран с усилителя подать сигнал, близкий по величине к входному, то разность потенциалов на емкости между внутренним проводником и внутренним экраном значительно уменьшится, уменьшится и ток перезарядки емкости, что будет эквивалентно уменьшению емкости кабеля. Практически в качестве компенсирующего сигнала можно использовать напряжение сигнала последовательной отрицательной обратной связи, которое у усилителя с глубокой отрицательной обратной связью близко по величине к входному напряжению. Для схемы, изображенной на рис. 1.

Долю тока, которая идет на перезагрузку емкости между внутренним проводником и внутренним экраном, можно определить из следующих соотношений.

.

Откуда можно сделать вывод, что емкость под влиянием компенсирующего напряжения изменилась и стала равной.

Сравнивая это выражение с выражением для коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной можно сделать вывод, что емкость уменьшится во столько раз, во сколько раз уменьшается под влиянием отрицательной обратной связи усиление.

Наилучшие результаты получаются, если полностью исключить из схемы подводящие провода, совместив источник сигнала и усилитель. В большинстве случаев, однако, сложный усилитель с источником питания и другими устройствами не удается совместить с источником сигналов из-за конструктивных трудностей. В этом случае, как правило, используют выносной предварительный усилитель, совмещенный с источником сигнала, дающий лишь не большое усиление, а основное усиление получают в основном усилителе, к которому сигнал подается от предварительного усилителя. Такой предварительный усилитель должен иметь как можно более простую схему и удобную схему соединения с основным усилителем и источником питания.

Часто используют схемы, которые можно соединить с основным усилителем и источником питания посредством единственного экранированного провода или коаксиального кабеля. Схема такого усилителя используется в данной работе. Схема в равной мере может быть использована в качестве выносного предварительного усилителя и в качестве встроенного усилителя с возможностью компенсации емкости и проводимости входного соединительного кабеля.

Для получения большого входного сопротивления используется эффект значительного увеличения входного сопротивления усилителя, охваченного глубокой последовательной обратной связью по напряжению. Сигнал поступаем на затвор первого транзистора через резистор (рис.2), предохраняющий усилитель от самовозбуждения на сверхвысоких частотах при замкнутом входе усилителя. Транзистор работает истоковым повторителем. Для увеличения входного сопротивления конец и сток подсоединены к выходу усилителя через конденсатор, на котором сигнал имеет практически тaкую же форму, что и на выходе. Одновременно с выхода поступает на нижний конец резистора, благодаря чему практически вся переменная часть истока первого транзистора поступает в цепь базы второго транзистора. Транзисторы и совместно с нагрузочным сопротивлением образуют двухкаскадный усилитель со 100-процентной отрицательной обратной связью. Такой усилитель имеет большое входное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению близкий к единице.

Порядок выполнения работы.

• 1. Снять амплитудную характеристику усилителя на частоте 100 кГц.
• 2. Снять частотную характеристику усилителя при подаче сигнала непосредственно на вход и через конденсатор 2,2 пФ. Входное напряжение 200 мВ. Так как коэффициент передачи напряжения близок к 1, а всякое отличие от 1 очень важно при расчете, то измерение входного и выходного напряжения производится одним и тем же милливольтметром. Построить частотные характеристики в полулогарифмическом масштабе. Удобна шкала частот: 10; 31,6; 100; 316; 1000; 3160 и т. д.
• 3. По результатам этих измерений рассчитать входное сопротивление и входную емкость. При этом можно пользоваться эквивалентной схемой (рис.3).

Рис. 3.

Анализ ее.

.

сопротивление кабель напряжение милливольтметр На достаточно высоких частотах.

.

.

на частоте.

.

4. Оценить эффект компенсации емкости соединительного кабеля при использовании данного усилителя. Кабель можно имитировать присоединением конденсатора, как показано на рис. 4.

С этим соединением повторить измерения и вычисления предыдущего пункта. Обратить внимание, что присоединенный конденсатор эквивалентен действию кабеля с длиной примерно 10 м.

• 1. Эрглис К. Э., Стэпаненко И. П. Электронные усилители. 19 61, с.139−157.
• 2. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. 1966, с Л 68−179,193−225.
• 3. Петин Г. П. Транзисторные усилители, генераторы, стабилизаторы с обратными связями. Изд. Энерги, 1973.
• 4. Петин Г. П. Выносные предварительные усилители. Приборы и техника эксперимента. 1975, с.137−139.