Усилители с изменяющимся коэффициентом усиления. Измерение напряжения, внутреннего сопротивления и тока короткого замыкания

May 24, 2015 by admin Комментировать »

Такие усилители можно получить, если в цепь ООС ОУ поставить диоды или транзисторы. В первом случае у нас получится логарифмический усилитель, а во втором — усилитель с электрически регулируемым коэффициентом усиления.

Схема логарифмического усилителя довольно проста (рис. 1.37, а). В нем, кроме обычных для усилителя резисторов R1 и R2, в цепь ООС включены два диода VD1 и VD2 (встречно-параллельное соединение диодов).

Рассмотрим работу такого усилителя. Пока входной сигнал невелик, разность напряжений на выводах резистора R2 не превышает 0,5 В и оба диода закрыты. Коэффициент усиления усилителя в таком случае определяется только номиналами резисторов R1 и R2 и может быть сколь угодно большим (в разумных пределах). При увеличении амплитуды входного напряжения напряжение на выводах резистора R2 увеличивается и в какой-то момент времени достигает отпирающего (примерно 0,6…0,8 В) напряжения для одного из диодов. Диод открывается, и ток между выходом и инверсным входом ОУ увеличивается. Это равносильно тому, если бы мы уменьшили сопротивление резистора R2, — коэффициент усиления ОУ уменьшается. При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала амплитуда выходного сигнала практически не изменяется (т. е. изменяется, но имеет логарифмическую зависимость от амплитуды входного, а логарифм, как известно, самая «медленно изменяющаяся» математическая функция), и в случае с диодами (прямое напряжение диодов равно 0,6…0,8 В) не превысит эти самые 0,6…0,8 В. Поставив в цепь ООС по два соединенных последовательно диода, это напряжение можно увеличить в два раза; после замены диодов стабилитронами выходное напряжение увеличивается еще сильнее.

Таким образом, логарифмический усилитель усиливает (или ослабляет) амплитуду входного сигнала до определенного уровня; те сигналы, амплитуда которых меньше этого уровня, усиливаются, а те, чья амплитуда больше, — ослабляются. В принципе, у «настоящего» логарифмического усилителя резистора R2 нет — ОУ при малом входном сигнале работает в режиме компаратора. Но компаратор, как и всякая цифровая схема, стоящая на пути аналогового сигнала, сильно искажает сигнал. Введение дополнительной ООС (R2) уменьшает искажения.

Рис. 1.37. Логарифмические усилители: а — типовая схема; б — с ухудшенными характеристиками; в — с улучшенными характеристиками

Подобные схемы очень часто используют в качестве нормирующих усилителей с переменным коэффициентом усиления. Ко входу такого усилителя можно подключать источники сигнала с разной амплитудой выходного напряжения (например, микросхему радиоприемника с выходным напряжением 35 мВ и усилитель воспроизведения с выходным напряжением порядка 300 мВ) — во всех случаях амплитуда напряжения на выходе логарифмического усилителя будет равна примерно 700 мВ, т. е. стандартной для большинства мощных УМЗЧ.

Практическая схема логарифмического усилителя, использующегося для обработки звукового сигнала, изображена на рис. 1.37,6. Резистор R3 добавлен для более «мягкого» ограничения выходного напряжения — разность напряжений на диоде, при которых он, соответственно, уже открыт и еще закрыт, настолько мала, что возникают искажения из-за слишком резкого включения режима ограничения. С этой же целью в схему добавлен и конденсатор С2, кроме того, он выполняет интегрирующие функции, т. е. «поднимает басы». Его емкость определяется экспериментально — по наиболее приемлемому качеству звука. Сопротивление резистора R3 должно быть в 5…50 раз меньше сопротивления резистора R2.

Для высококачественных логарифмических усилителей, используемых для точного логарифмирования входных сигналов, характеристик диода оказывается недостаточно — в частности, линейность преобразования сигнала сохраняется только при изменении его амплитуды не более чем в 100…1000 раз. В таких случаях диод заменяют транзистором (рис. 1.37, в), включенным по схеме с общей базой. Линейность «транзисторного» усилителя сохраняется при изменении входного сигнала более чем в миллион раз.

Из-за особенностей строения биполярных транзисторов (полевые здесь использовать нельзя) заменить транзистором можно только один диод. Поэтому на вход схемы на рис. 1.37, в желательно подавать положительное напряжение — тогда его будет «обрабатывать» транзистор, а не диод. Если отрицательное (относительно нуля) напряжение на вход схемы не будет подаваться никогда, диод можно вообще убрать. Если же схема должна быть рассчитана на работу с отрицательным напряжением, то VT1 нужно заменить транзистором структуры ρ-η-ρ, включив его точно так же — эмиттером на выход ОУ. Диод в этом случае (если вы его не убрали), нужно «повернуть» на 180°, чтобы он не работал параллельно транзистору.

Еще одна разновидность усилителей с изменяющимся коэффициентом усиления — усилители с электрически управляемым усилением (рис. 1.38, а). Обычно такие усилители строятся с использованием полевых транзисторов, включенных в цепь ООС вместо низкоомного резистора. Биполярные транзисторы использовать нельзя — их «канал», в отличие от канала полевого транзистора, проводит только в одном направлении; кроме того, потребляемый базой ток зависит от тока коллектора.

Допустим, что движок переменного (подстроечного) резистора R1 переведен в левое по схеме положение, т. е. соединен с общим проводом. В таком случае затвор полевого транзистора (с управляющим р-п-переходом и η-каналом) соединен с истоком и сопротивление канала транзистора практически минимально. При этом коэффициент усиления по напряжению ОУ максимален и равен

где RCHсопротивление канала транзистора. Подбором сопротивления резистора R2 этот коэффициент можно сделать сколь угодно большим.

При уменьшении напряжения на затворе транзистора относительно истока (т. е. при перемещении движка резистора R1 вправо) сопротивление канала транзистора увеличивается. Соответственно уменьшается коэффициент усиления ОУ, и при крайнем правом положении движка резистора R1 транзистор VT1 переходит в режим отсечки (сопротивление канала близко к бесконечности), а усилитель на ОУ DA1 — в режим повторителя (коэффициент усиления равен единице).

Отрицательное напряжение на правом по схеме выводе резистора R1 должно равняться или быть чуть больше (по модулю!) напряжения отсечки используемого полевого транзистора, иначе транзистор будет закрываться не полностью. Впрочем, очень часто именно это от него и требуется — в таком случае напряжение можно уменьшить.

В этой схеме можно использовать и транзисторы с p-каналом, подав на правый по схеме вывод резистора R1 положительное напряжение. При использовании в схеме транзисторов с изолированным затвором (например, транзисторов микросхемы — микросборки серии К547КП1 — р-канальные транзисторы с индуцируемым каналом) нужно помнить, что они при нулевом напряжении на затворе закрыты, поэтому п-канальными транзисторами нужно управлять положительным относительно общего провода напряжением, а р-канальными — отрицательным (рис. 1.38, б).

Усилители с использованием полевых транзисторов в цепи ООС (аналогичные изображенным на рис. 1.38) имеют одну особенность, делающую их похожими на логарифмические усилители. Дело в том, что сопротивление канала полевого транзистора, при неизменном управляющем напряжении, прямо пропорционально зависит от разности напряжений между стоком и истоком, т. е. от

Рис. 1.38. а, б — усилители с электрически управляемым коэффициентом усиления; в — коммутатор аналоговых сигналов на полевых транзисторах падения напряжения на канале. Как известно, полевой транзистор при неизменном управляющем напряжении представляет собой генератор тока, и сопротивление его канала автоматически (т. е. самим транзистором) изменяется таким образом, чтобы при изменении падения напряжения на канале сопротивление его оставалось неизменным. То есть при падении напряжения на канале, равном 1 В, через канал протекает ток, равный, к примеру, 1 мА. Сопротивление канала равно 1 В : 0,001 А = 1000 Ом. При увеличении напряжения на канале в 10 раз протекающий через него ток остается неизменным, а это значит, что сопротивление канала увеличилось в 10 раз (10 В : 0,001 А = 10.000 Ом). То есть выходной сигнал такого усилителя будет усиливаться только до некоторого предела, после чего начнет очень мягко ограничиваться.

Подавать входной сигнал на исток полевого транзистора, соединив прямой вход ОУ с общим проводом, нежелательно. Но можно. В таком случае, при полностью закрытом транзисторе, сигнал на выходе усилителя будет полностью отсутствовать. Кстати, именно по такому принципу работают высококачественные многоканальные микшеры (смесители) — рис. 1.38, в. На этом рисунке для наглядности показаны только два канала, но их может быть и больше. Сопротивления резисторов Rox выбираются таким образом, чтобы они были в несколько раз больше сопротивления канала (для К547КП1 — около 100 Ом) используемых полевых транзисторов — тогда этим сопротивлением можно пренебречь;

Рис. 1.38. г — коммутаторы аналоговых сигналов на специализированных цифровых микросхемах сопротивление резистора Rooc выбирается таким, чтобы обеспечить нужное усиление. Если усиление по какому-то каналу нужно сделать («навсегда») чуть меньше — просто увеличьте сопротивление соответствующего резистора RBX.

Каналы включаются подачей на затворы соответствующих транзисторов логических уровней. Обратите внимание, что эти уровни должны быть отрицательными — в схеме используются р-канальные транзисторы. Обычно для полного отпирания транзистора напряжение на его затворе понижают до -15 В, хотя вполне достаточно и -5…-8 В. В принципе, транзистору это все равно, но при напряжении, превышающем -20 В, происходит необратимый пробой изоляции затвора — транзистор выходит из строя. Поэтому лучше не рисковать и соблюдать осторожность при экспериментировании.

Одновременно может быть включен как один канал, так и несколько. В последнем случае ОУ работает как сумматор и входные сигналы попросту смешиваются, без всяких искажений. То есть происходит то же самое, когда к одному говорящему человеку на улице добавляется второй, третий… И каждый говорит о чем-то своем — получается какофония, но, если прислушаться, уловить смысл можно.

Управлять полевыми транзисторами можно с помощью цифровых микросхем, например серии К561. В таком случае их отрицательные входы питающего напряжения (вывод 7 или 8) нужно соединить с проводом «-15 В» (желательно уменьшить (по модулю) это напряжение до -9…-12 В — уменьшатся шансы «спалить» и микросхему, и транзисторы), а «положительный» вход (вывод 14 или 16) — с общим проводом. Тогда при уровне лог. «О» на выходе микросхемы транзистор, соединенный с этим выходом, будет открыт, а при уровне лог. «1» — закрыт. В принципе, для управления (коммутирования) аналоговых сигналов в серии К561 выпускаются специализированные микросхемы К561КП1, К561КП2, но они способны работать только при напряжении, не превышающем ±7,5 В — т. е. нужно ограничивать (с помощью стабилитронов) напряжение питания цифровых микросхем, если аналоговые питаются от «стандартного» источника ±15 В. Впрочем, большинство аналоговых микросхем начинают нормально работать при напряжении питания более ±2,5…3,0 В.

При питании ОУ от однополярного источника питания амплитудой не более + 15 В в качестве коммутатора можно использовать микросхему К561КТЗ (К176КТ1). Внутри этой микросхемы в каждом канале включено по два полевых транзистора с разным типом канала, поэтому сопротивление между входом и выходом открытого коммутатора практически не зависит от постоянной составляющей входного сигнала (у всех остальных вариантов оно зависит, поэтому постоянная составляющая у них должна равняться 0 ±1 В) и не превышает 100 Ом. Управляется эта микросхема логическими уровнями, и при уровне лог. «1» на управляющем входе соответствующего канала он открыт.

Практические схемы всех описанных выше цифровых коммутаторов «свалены в кучу» на рис. 1.38, г. Надеюсь, вы сможете разобраться в них самостоятельно. Конденсаторы, подключенные ко входам некоторых коммутаторов, предназначены для устранения щелчков во время переключения, а также для более плавного включения/выключения канала. Резисторы ограничивают протекающий через них ток. Номиналы этих элементов выбираются из соотношения:

где R — сопротивление резистора в мегаомах; С — емкость конденсатора в микрофарадах.

Микросхемы К561КП1, КП2 управляются двоичным кодом, подаваемым на их адресные входы А, при этом с выходом соединяется один (и только один!) вход. Управляющее напряжение для микросхем серии К561: лог. «О» — О В, лог. «1» — +U. Подав на вход S (вывод 6) микросхем К561КП1, КП2 уровень лог. «1», можно, независимо от информации на адресных входах, отключить выход от входов (т. е. перевести выход микросхемы в Ζ-состояние).

До сих пор мы заменяли нелинейными элементами (диодами, транзисторами) преимущественно только низкоомные резисторы ООС. Но ими можно заменить и высокоомные резисторы — тогда у нас получатся устройства, работающие по совершенно иным алгоритмам.

Рассмотрим простейший пример — усилитель с включенным в цепь ООС диодом (рис. 1.39, а). Допустим, что напряжение на входе усилителя равно нулю. Тогда напряжение на выходе ОУ находится в пределах -U…0 В (в зависимости от величины и полярности напряжения смещения). При уменьшении напряжения на прямом входе ОУ относительно нуля напряжение на его выходе станет равным —U (т. е. ОУ работает как компаратор).

Теперь начнем увеличивать напряжение на входе усилителя. Как только оно станет больше нуля, напряжение на выходе ОУ начнет плавно увеличиваться — оно всегда будет примерно на 0,6…0,7 В больше напряжения на входе. Связано это с тем, что при положительном входном (и, соответственно, выходном — ведь усилитель неинвертирующий) напряжении начинает открываться диод и протекающий через него ток увеличивается. Этот ток создает падение напряжения на резисторе Щи напряжения на обоих входах выравниваются. Как только они станут равны, напряжение на выходе уменьшится, одновременно уменьшится и ток через диод.

Из всего вышесказанного можно сделать два вывода:

1.                       При положительном входном напряжении (при указанной на схеме полярности включения диода) напряжение на инверсном входе ОУ в точности равно (не учитывая напряжения смещения!) входному. При отрицательном входном напряжении диод закрыт и сигнал на инверсный вход «не проходит».

2.                       Коэффициент усиления схемы равен единице (при UBX > 0) и практически не зависит от сопротивления резистора R1 — нагрузки для диода и выхода ОУ.

Таким образом, если мы параллельно резистору R1 подключим вольтметр и фильтрующий конденсатор значительной емкости, у нас получится вольтметр переменного напряжения (рис. 1.39, б).

Как известно, обычные вольтметры переменного напряжения, в которых измерительный прибор — вольтметр постоянного тока — включен через выпрямительный диод, непригодны для измерения переменного напряжения, меньшего 0,6…0,8 В, т. к. при этом диод закрыт и ток через измерительный прибор не течет. Кроме того, и при большем переменном напряжении такой прибор показывает напряжение, на 0,6…0,8 В меньше «настоящего».

Электронные вольтметры переменного тока (один из которых и был только что рассмотрен) лишены этого недостатка. Даже несмотря на то, что в них используется все тот же неидеальный диод, падение напряжения на диоде можно не учитывать — его компенсирует ОУ, Напряжение смещения большинства одинарных (т. е. не сдвоенных и не счетверенных) ОУ можно уменьшить до нуля с помощью внешнего подстроечного резистора. Поэтому таким вольтметром можно измерять напряжения от нескольких милливольт и даже меньше.

У этого вольтметра, как и у всех простейших схем, есть свои недостатки. Наиболее серьезные из них — он не усиливает сигнал по напряжению и «отзывается» только на одну полуволну входного переменного напряжения.

Устранить эти недостатки можно, используя мостовую схему включения диодов-выпрямителей (рис. 1.39, в). Эта схема одновременно и проста, и гениальна, поэтому практически во всех промышленно выпускаемых электронных вольтметрах применяется именно она.

В этой схеме используется «стремление» ОУ с включенной ООС поддерживать «всеми силами» напряжение на инверсном входе, в точности равное напряжению на прямом.

Рис. 1.39. Усилители с нелинейной ООС: а — однополупериодный выпрямитель; б — однополупериодный вольтметр; в — двухполупериодный (мостовая схема) вольтметр; г — индикатор полярности для него; д — пиковый детектор; е — его временная характеристика; ж — пиковый детектор с буферным каскадом на выходе

Пока напряжение на входе вольтметра равно нулю, напряжение на выходе ОУ также почти нулевое и через резистор R1 течет ничтожный ток. Регулируя внешним подстроечным резистором R3 напряжение смещения ОУ, этот ток можно уменьшить до нуля.

Теперь подадим на вход ОУ напряжение положительной полярности. В этот момент напряжение на прямом входе ОУ чуть больше напряжения на инверсном, и из-за этого напряжение на его выходе увеличится. По цепи выход ОУ — диод VD2 — миллиамперметр РА1 — диод VD3 — резистор R1 начинает течь ток. Этот ток будет увеличиваться (довольно быстро — в зависимости от скорости нарастания выходного напряжения используемого ОУ) до тех пор, пока падение напряжения на резисторе R1 не сравняется с напряжением на резисторе R2, то есть ток в цепи равен

где I — ток в миллиамперах; UM — входное напряжение в вольтах;

R1 — сопротивление резистора в килоомах.

Как известно, ток в любом участке неразветвленной цепи одинаков, поэтому ток через миллиамперметр РА1 равен току, протекающему через резистор R1. Изменяя сопротивление резистора R1 (при неизменном входном сопротивлении миллиамперметра РА1), можно изменить коэффициент усиления ОУ, т. е. сделать его таким, чтобы при входном напряжении 1 В миллиамперметр показывал «1 мА», а при напряжении 10 В — 10 мА (или любой другой ток — в зависимости от тока, на который рассчитан имеющийся у вас прибор).

Как видно из рисунка, при положительном выходном напряжении ОУ напряжение на правом по схеме выводе миллиамперметра больше напряжения на левом (т. к. «плюс» «бежит» с выхода ОУ на резистор R1), поэтому полярность включения миллиамперметра должна соответствовать показанной на схеме.

При отрицательном напряжении на входе вольтметра на выходе ОУ устанавливается отрицательное напряжение и ток к резистору R1 течет через диоды VD1 и VD4. При этом на левом по схеме выводе миллиамперметра напряжение меньше, чем на правом (а на правом — больше, чем ча левом), т. е. полярность протекающего через миллиамперметр тока не изменилась. Этот факт позволяет нам одним и тем же вольтметром измерять и переменное, и постоянное напряжения разной полярности без всяких коммутаций и изменений шкалы прибора.

Для того чтобы вольтметром можно было определить полярность входного напряжения, его можно дополнить простейшим логическим пробником (рис. 1.39, г): пока входное напряжение равно нулю, напряжение на выходе ОУ равно напряжению на общем проводе и ни один светодиод не светится. Как только напряжение на входе станет больше нуля, загорится красный светодиод (положительная полярность), если же оно меньше нуля — загорится зеленый светодиод. При переменном входном напряжении одновременно горят оба светодиода (т. е. они светятся не одновременно, а поочередно: при положительной полярности — красный, а при отрицательной — зеленый; но так как у переменного напряжения полярности меняются очень быстро, глазом «перемигивание» светодиодов воспринимается как постоянное свечение), причем яркость их свечения чуть ниже, чем при постоянном напряжении.

Коэффициент усиления ОУ логического пробника желательно выбрать побольше (до 1000) — тогда пробник будет обладать максимальной чувствительностью. Но при этом, из-за ненулевого напряжения смещения используемого ОУ, при нулевом входном напряжении может светиться один из светодиодов. В таком случае нужно или уменьшить коэффициент усиления ОУ, или подкорректировать его смещение. Обычно предпочитают первый вариант, хотя чувствительность пробника в результате уменьшится, но и проблем с ним станет меньше.

При эксплуатации вольтметра (рис. 1.39, в) можно заметить одну его особенность: при большом коэффициенте усиления ОУ и нулевом входном напряжении стрелка измерительного прибора РА1 наотрез «отказывается» устанавливаться в нулевое положение, как бы вы не крутили движок резистора R3. Причина этого — шумы ОУ.

С радиотехнической точки зрения, шум — это переменное напряжение, амплитуду и частоту которого предсказать невозможно, но постоянная составляющая которого равна нулю. Шум можно услышать, если настроить радиоприемник на такую частоту, на которой нет ни одной радиостанции, и сделать громкость побольше (если в приемнике есть шумоподавитель, его нужно отключить). Возникает шум из-за неидеальности характеристик элементов высокочувствительных входных каскадов. Сильнее всего шумят полупроводники, у которых на пути сигнала стоят р-п-переходы, резисторы и конденсаторы шумят гораздо слабее. «Рекордсмены» по уровню шумов — стабилитроны: их даже используют в качестве генератора шума при настройке передатчиков и усилителей.

Так как шум представляет собой переменное напряжение, то наш вольтметр будет вести себя так, как будто на его вход подали переменное (измеряемое) напряжение некоторой амплитуды, т. е. стрелка миллиамперметра РА1 отклонится от нулевого значения. При увеличении коэффициента усиления ОУ (уменьшением сопротивления резистора R1) амплитуда шумов на выходе ОУ увеличится и стрелка измерительного прибора отклонится еще сильней. Так как амплитуда шума практически не зависит от напряжения разбаланса входных каскадов, то при изменении положения движка резистора R3 из-за разбаланса входных каскадов, связанного с этим, стрелка прибора будет отклоняться еще сильнее (но не к нулю!).

Для измерения коэффициента шума ОУ его чаще всего включают именно по такой схеме. Но ведь нам нужно измерять входное напряжение, а не шумы! К сожалению, ничего исправить нельзя. Поэтому приходится или уменьшать коэффициент усиления, или выбирать менее шумящий ОУ, или попросту смириться с тем, что при нулевом входном напряжении прибор будет показывать ненулевое значение. Если вы используете стрелочный миллиамперметр, то его стрелку можно принудительно установить на нулевое значение при включенном напряжении питания вольтметра.

И еще один очень важный параметр вольтметра переменного тока: рабочий диапазон частот. «Сверху» он ограничен входной емкостью ОУ и его скоростью нарастания выходного напряжения, а также максимальной рабочей частотой используемых диодов. При указанных на схеме типах элементов (ОУ и диодов) вольтметр работоспособен на частотах до 1 МГц, при большей частоте он начинает «занижать» величину напряжения, действующего на входе, и на бесконечно большой частоте, при любой амплитуде напряжения, он показывает напряжение, чуть большее нуля. В принципе, и на 1 МГц он немножко занижает величину напряжения, но этот «обман» незначителен и его можно не учитывать.

«Снизу» диапазон рабочих частот вольтметра практически не ограничен, он прекрасно работает и на нулевой частоте (т. е. с постоянным током). Но при частоте входного сигнала 5…20 Гц стрелка прибора начинает заметно дрожать, а то и колебаться. Чтобы устранить колебания, параллельно выводам миллиамперметра можно подключить электролитический конденсатор емкостью десятки-сотни микрофарад.

Настраивается вольтметр по эталонному измерительному прибору. Если его у вас нет, можно обойтись и батарейками: напряжение на них равно

1,4..               .1,55 В. Правда, точность настройки при этом будет очень невелика. Если у вас есть генератор переменного напряжения с изменяющейся переменным резистором частотой (лучше всего его собрать на цифровых микросхемах), проверьте линейность вольтметра в широком диапазоне частот: подайте на генератор стабилизированное напряжение и к его выходу подключите вольтметр. Так как при изменении частоты выходное напряжение генератора не меняется, то и стрелка измерительного прибора должна указывать одно и то же значение. Если же она «плавает» — АЧХ вольтметра нелинейна; устранить этот дефект можно, заменив используемый в схеме ОУ на другой.

Напряжение питания вольтметра может быть практически любым — большинство современных ОУ начинают работать при напряжении питания более ±1,5 В. Но так как при увеличении напряжения питания увеличивается скорость нарастания выходного напряжения ОУ, уменьшается его напряжение смещения и улучшается линейность АЧХ, то скупиться при выборе амплитуды напряжения питания не стоит. Если вольтметр будет питаться от сети переменного тока, то напряжение питания желательно выбрать ±10…15 В. При питании от батарей сойдет, в принципе, и одна 9 В батарейка (±4,5 В), но при этом максимальная рабочая частота уменьшится примерно до 200 кГц.

Амплитуда входного напряжения не должна быть больше половины напряжения питания (т. е. при питании ±15 В — больше ±7,5 В) — в противном случае вольтметр начнет «врать» (вспомните пример — аналогию с детскими качелями). Если вам нужно измерять большие напряжения, на входе вольтметра нужно поставить делитель напряжения на резисторах — их схемы будут рассмотрены чуть ниже.

Еще одно, довольно интересное устройство получится, если из выпрямителя (рис. 1.39, б) убрать резистор R1 и использовать вольтметр с очень высоким входным сопротивлением (рис. 1.39, д). Получившаяся схема в литературе называется «пиковый детектор». Рассмотрим, как он работает.

Пока напряжение на прямом входе ОУ меньше напряжения на инверсном, на выходе ОУ поддерживается уровень лог. «0» и диод VD1 закрыт большим обратным напряжением. Как только напряжение на прямом входе станет чуть больше напряжения на инверсном, напряжение на выходе станет больше напряжения на инверсном входе. А это вызовет отпирание диода VD1, и через него потечет некоторый ток, заряжающий конденсатор С1. Через некоторое время напряжения на обоих входах сравняются, напряжение на выходе уменьшится и протекающий через диод ток уменьшится до нуля. Если сейчас напряжение на прямом входе ОУ снова станет чуть больше напряжения на инверсном (а напряжение на инверсном входе в это время больше нуля — током саморазряда конденсатора и обратным током через диод можно пренебречь, а входное сопротивление вольтметра, разряжающего конденсатор С1, очень велико), то напряжение на его выходе снова увеличится. Это вызовет (через диод VD1) увеличение напряжения на инверсном входе.

То есть напряжение на инверсном входе ОУ пикового детектора всегда равно максимальной амплитуде входного напряжения (рис. 1.39, е). Емкость конденсатора С1 можно выбрать сколь угодно малой, учитывая, что она зависит только от входного сопротивления нагрузки (в нашем случае — вольтметра и входа ОУ). Так как прямое сопротивление диода и выходное сопротивление ОУ ничтожно малы, то время установления напряжения на конденсаторе С1 (т. е. время его заряда от нуля до напряжения на прямом входе ОУ) тоже оказывается очень небольшим. Это позволяет нам измерять с очень высокой точностью (коэффициент усиления ОУ при большой разности напряжений на входах близок к бесконечности — т. е. он работает как компаратор — и при уменьшении разности напряжений, из-за заряда конденсатора С1, он уменьшается до единицы) амплитуду коротких, в том числе и одиночных, импульсов. Измерить амплитуду таких импульсов каким-либо другим способом и с такой же точностью очень сложно.

Так как входное сопротивление практически всех вольтметров невелико, то их желательно подключать не напрямую к конденсатору, а через повторитель напряжения (рис. 1.39, ж). Входное сопротивление повторителя на ОУ огромно, это позволило использовать в схеме конденсатор с ничтожной для такого класса устройств емкостью. Благодаря этому время заряда конденсатора не превышает несколько миллисекунд (максимальный ток заряда ограничивается встроенными цепями защиты выхода ОУ и не превышает 25 мА).

Эта схема рассчитана на работу от одной батарейки напряжением 9 В (работоспособность сохраняется при снижении напряжения питания до 3 В), поэтому для нормальной работы ОУ в схему введен делитель напряжения на резисторах R2 и R3. Конденсатор С2 — необязателен, и его можно убрать. Сопротивление резисторов R2 и R3 должно быть как минимум в 5…10 раз меньше входного сопротивления вольтметра. Но при этом чем меньше их сопротивление, тем больше потребляемый устройством ток (при указанных номиналах элементов он не превышает 1 мА). Входное сопротивление вольтметра может быть любым, но более 1 кОм. ОУ можно использовать любые; при замене DA1.2 на ОУ с полевыми транзисторами на входе емкость конденсатора С1 можно будет уменьшить в десятки раз — в результате уменьшится время выборки (время его заряда), т. е. увеличится быстродействие устройства. Но у ОУ с полевыми транзисторами больше напряжение смещения, т. е. они сильнее «врут».

Пиковый детектор очень просто превратить в измеритель тока короткого замыкания (1кз) — для этого нужно только параллельно резистору R1 подключить низкоомный резистор сопротивлением в единицы Ом, а при измерении больших токов — куском медного или любого другого провода диаметром 0,3…3,0 и более (для очень больших токов) миллиметров.

Величина 1кз — один из важнейших параметров любого источника питания. Зная напряжение, которое «остается» на выходе источника питания при замыкании его выхода на очень низкоомную нагрузку, можно определить его выходное сопротивление. Все это относится не только к сетевым блокам питания, но и к аккумуляторам и конденсаторам (применительно к конденсаторам и аккумуляторам фразу «выходное сопротивление» заменяют на «внутреннее сопротивление» — она правильнее). Зная выходное сопротивление блока питания, можно предсказать его поведение при нагрузке его выхода устройством, потребляющим значительный ток, особенно если этот ток импульсный, — большую часть времени устройство потребляет небольшой ток, и лишь на доли секунды потребляемый ток резко возрастает. Такой режим работы характерен для блока питания мощного усилителя мощности звука (УМЗЧ): как известно, музыкальный сигнал — это почти хаотическое сочетание сигналов разной частоты и амплитуды; большую часть времени амплитуда выходного сигнала УМЗЧ имеет некую «среднюю» величину и лишь кратковременно увеличивается в десятки раз (всплеск напряжения). То есть, например, если выходная мощность УМЗЧ, измеренная инерционным прибором, равна 10 Вт, то из-за всплесков она может кратковременно (десятые-сотые доли секунды) увеличиваться до 30…40 Вт (имеются ввиду высококачественные усилители, а не «мыльницы»).

Получается, что блок питания 10 Вт усилителя должен быть рассчитан на 40 Вт, т. е. он будет в 4 раза больше и примерно во столько же раз дороже. Если это правило не соблюдать, то всплески напряжения (выходного, на нагрузке) будут «садить» блок питания, напряжение питания усилителя будет скачкообразно уменьшаться, из-за этого возникнут искажения выходного сигнала (хрипы). Уменьшив выходное сопротивление блока питания в несколько раз, для питания 10 Вт усилителя можно будет использовать 10…15-ваттный блок питания.

У конденсаторов и аккумуляторов из главнейших параметров можно выделить только три; напряжение, емкость и внутреннее сопротивление. Причем если номинальное напряжение и емкость — это характеристики (также как у многоэтажного здания характеристика — число этажей), то внутреннее сопротивление — показатель качества элемента (конденсатора или аккумулятора). Чем оно ниже, тем качественнее элемент и тем лучше он работает. У идеальных конденсаторов (аккумуляторов) внутреннее сопротивление равно нулю, т. е. вся накопленная ими энергия при коротком замыкании идет в нагрузку, а не «разбазаривается» частично на внутреннем сопротивлении, которое ограничивает ток короткого замыкания (т. е. амплитуду импульса тока — амплитуду всплеска потребляемого тока) и которое вызывает, при импульсном режиме работы, сильный нагрев элемента (нагрев — это выделяющаяся на элемент мощность, а она равна Р = I2/R).

К сожалению, измерение 1кз и выходного сопротивления источника питания среди радиолюбителей не очень популярно. Связано это, скорее всего, со сложностью подобных измерений: если ток короткого замыкания еще можно измерить с помощью амперметра (при этом велика вероятность того, что вы «спалите» и блок питания, и амперметр), то выходное сопротивление можно измерить только с помощью пикового детектора. Выходное сопротивление источника питания, при импульсной нагрузке, формируется, в основном, только за счет фильтрующих емкостей (конденсаторов), а они при коротком замыкании очень быстро разряжаются. Импульс тока при этом имеет максимальную амплитуду, ограниченную только внутренним сопротивлением, сразу же после короткого замыкания, и амплитуда его со временем быстро уменьшается до величины тока короткого замыкания источника питания, на выходе которого и стоит этот конденсатор.

Внутреннее сопротивление конденсаторов и аккумуляторов чаще всего определяют эмпирически: заряжают конденсатор до некоторого напряжения, после чего накоротко замыкают его выводы. По величине образующейся при этом искры судят о внутреннем сопротивлении: чем больше искра и чем громче сопровождающий ее треск, тем меньше внутреннее сопротивление, т. е. тем лучше этот конденсатор будет работать (при импульсной нагрузке источника питания).

Очевидно, что этот метод крайне примитивен — ни о каких точных измерениях (а это основа радиоэлектроники) здесь не может быть и речи. А разряжать конденсатор через амперметр бессмысленно — он разрядится до нуля раньше, чем стрелка инерционного прибора успеет хоть немножко отклониться.

При использовании пикового амперметра (на основе пикового детектора) такой проблемы не будет: конденсатор детектора заряжается практически мгновенно, а разряжается очень медленно, поэтому импульс входного тока может быть очень коротким.

Для превращения пикового детектора в пиковый амперметр резистор R1 нужно заменить резистором или куском проволоки сопротивлением 0,1 Ом. Тогда при показаниях вольтметра, например, 1 В входной (импульсный или постоянный) ток будет равен 1 В : 0,1 Ом = 10 А, т. е. показания вольтметра, для того чтобы перевести их в амперы, нужно будет умножить на 10. Изменив сопротивление резистора R1, можно изменить этот множитель в любую сторону.

Измерить внутреннее сопротивление конденсатора очень просто: конденсатор заряжается до некоторого напряжения U, после чего разряжается через резистор R1 амперметра, при этом нужно соблюдать полярность (отрицательный вывод конденсатора соединяется с общим проводом амперметра, а положительный — с верхним по схеме выводом резистора R1). Внутреннее сопротивление конденсатора определяется по формуле:

где RBH — внутреннее сопротивление в омах; U — напряжение, до которого был заряжен конденсатор, в вольтах; I — показания амперметра, в амперах.

При этом из-за небольшой инерционности пикового детектора его показания, возможно, будут несколько занижены. Поэтому для большей точности измеряемый конденсатор нужно несколько раз зарядить-разрядить, не разряжая конденсатор Cl детектора, — до тех пор, пока стрелка прибора после очередного импульса тока от разряжаемого конденсатора не перестанет отклоняться.

Инерционность детектора можно уменьшить, используя скоростные ОУ с полевыми транзисторами на входе — при этом нужно уменьшить емкость конденсатора С1, но у таких ОУ больше напряжение смещения и его труднее регулировать. Впрочем, при использовании сдвоенного ОУ К574УД2 напряжение смещения (постоянное напряжение на выходе при нулевом входном напряжении) было около 0,02 В — это очень мало, т. е. очень хорошо. Но этот ОУ начинает работать при напряжении питания (однополярном) более 6,0 В. Внешняя коррекция напряжения смещения у него не предусмотрена.

Таким способом можно измерить внутреннее сопротивление только у обладающих значительной емкостью конденсаторов — все остальные слишком быстро разряжаются. Внутреннее сопротивление конденсаторов небольшой емкости (менее 10 мкФ) обычно измеряют, пропуская через конденсатор высокочастотный ток. При этом их емкостное сопротивление теоретически должно уменьшаться до нуля, но практически оно уменьшается только до значения внутреннего сопротивления.

Внутреннее сопротивление конденсаторов разных типов находится в следующих пределах: для электролитических — 0,1…10 Ом, для танталовых — 0,5…2 Ом, у пленочных и керамических оно составляет доли Ома. Поэтому тип фильтрующего (т. е. стоящего параллельно выводам питания устройства) выбирают в зависимости от частоты, на которой это устройство работает: в высокочастотных устройствах применение электролитических конденсаторов бессмысленно и вместо них нужно ставить пленочные и керамические — их внутреннее сопротивление в сотни раз меньше, то есть они в сотни раз лучше сглаживают пульсации напряжения питания, а емкостное сопротивление на высоких частотах и тех, и других близко к нулю (напомню, что оно зависит от емкости конденсатора и частоты сигнала, с которым конденсатор работает:

где Хс — в Омах; f — в мегагерцах; С — в микрофарадах; 2π = 6,28).

Емкостное сопротивление фильтрующего конденсатора на рабочей частоте должно быть меньше внутреннего. На низких частотах (менее 10 кГц) нужно ставить электролитические или танталовые: они при небольших габаритах обладают значительной емкостью, т. е. их емкостное сопротивление на рабочей частоте будет небольшим; пленочные и керамические конденсаторы при тех же размерах обладают гораздо меньшей емкостью, а ставить в схему дорогущих «монстров» решится не каждый. В устройствах, которые одновременно работают и на низких, и на высоких частотах (например, радиоприемник или передатчик), нужно одновременно ставить и «электролиты», и «пленочники», причем в высокочастотной части пленочных (керамических) конденсаторов должно быть больше.

В блоках питания низкочастотных устройств (например, усилителей мощности) основной упор должен делаться на увеличение емкости конденсаторов. Чем больше емкость конденсатора, тем меньше его внутреннее сопротивление

(т. к. площадь обкладок конденсатора при этом увеличивается, а диэлектрик во всех типах электролитических конденсатороо практически одинаковый) и, что логично, меньше емкостное сопротивление. Емкость фильтрующих конденсаторов (в микрофарадах) УМЗЧ должна быть в 100…300 раз больше максимальной выходной мощности (в ваттах), т. е. для 50-ваттного УМЗЧ минимальная емкость фильтрующих конденсаторов — 4700 мкФ.

Фильтрующие конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к мощным транзисторам — ведь провода, которыми конденсаторы соединены со схемой, тоже имеют некоторое сопротивление, и в некоторых случаях оно может превысить внутреннее сопротивление конденсатора, что совершенно недопустимо. Для уменьшения сопротивления проводов их желательно выбирать потолще или впаивать параллельно несколько тонких проводов.

Если сравнительно низкочастотная схема собрана на основе высокочастотных активных элементов (ОУ, транзисторов), то в некоторых случаях (при неправильно разведенной печатной плате — правильно сделать это может только специалист с многолетним стажем, а также из-за «неидеальности» элементов) возможно высокочастотное самовозбуждение схемы. Выражается это (для УМЗЧ) искажением выходного сигнала, появлением писка (воя), а также сильным нагревом транзисторов выходного каскада при отсутствии входного сигнала и нормальном токе покоя.

Бороться с самовозбуждением довольно непросто. Как правило, возбуждается только один каскад, а все остальные усиливают его колебания. Устранить самовозбуждение (высокочастотное) можно с помощью керамических или, что лучше, пленочных (у них меньше RBH) конденсаторов емкостью 0,047 мкФ и более, подключенных параллельно выводам питания возбуждающегося каскада. Помогает также замыкание входного сигнала на общий провод через конденсатор емкостью несколько тысяч пикофарад (если высокочастотные помехи поступают от источника сигнала), но в этом случае ослабляется высокочастотная составляющая усиливаемого сигнала. Иногда самовозбуждение возникает из-за значительной емкости (индуктивности) нагрузки — в этом случае для устранения его на выходе усилителя включается так называемая «цепочка Бушера» — цепь из последовательно соединенных резистора сопротивлением 10 Ом (1…33 Ом) и конденсатора емкостью 0,1 мкФ (0,033…0,22 мкФ), включенная между выходом усилителя и общим проводом (длина проводов между усилителем и этой цепочкой должна быть минимальной!). В низковольтных усилителях (до 20 В) нужен только конденсаторрезистор можно закоротить.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов измеряется так же, как и у конденсаторов. В принципе, т. к. емкость аккумуляторов гораздо больше емкости конденсаторов, его можно измерить и обыкновенным амперметром. Но у малогабаритных аккумуляторов его лучше измерять пиковым амперметром. Ток короткого замыкания аккумуляторов — от единиц до тысяч ампер т. е. при коротком замыкании выделяется в виде тепла очень большая мощность; кстати, по этому току можно судить о емкости аккумулятора, а по изменению напряжения на выводах аккумулятора при подключении мощной нагрузки — о его степени заряженности.

Во всех случаях использования пикового детектора (рис. 1.39, ж) напояжение на прямом входе DA1.1 не должно превышать напряжение питания, иначе ОУ может выйти из строя; при напряжении питания ±4,5 В точность измерения входного напряжения этой схемой максимальна, если входное напряжение не превышает ±2…2,5 В. Протекающий через вольтметр ток не должен превышать

5..                     . 10 мА (это относится ко всем схемам на рис. 1.39; минимальный ток может быть любым), т. к. в схемах используются маломощные ОУ. Измерять вольтметром напряжение на собственном источнике питания нежелательно, а измерять его ток короткого замыкания и внутреннее сопротивление вообще нельзя.

Еще одна разновидность регулируемых усилителей — усилители с автоматической регулировкой усиления (АРУ). Они незаменимы в многоканальных системах — когда сигналы от разных источников, имеющих разное выходное напряжение, нужно усилить до одного и того же уровня и вывести на один, общий для всех источников выход. Использование в таких системах усилителей с АРУ позволяет отказаться от «выравнивающих» регуляторов громкости на выходе каждого канала.

Принцип действия усилителя с АРУ очень похож на таковой для логарифмического усилителя. Но у них есть одно существенное отличие: коэффициент усиления у усилителя с АРУ при изменении амплитуды входного сигнала изменяется не мгновенно (как у логарифмического), а очень плавно, причем скорость изменения коэффициента усиления можно менять в широких пределах.

Как известно, логарифмический усилитель усиливает только слабые сигналы (амплитуда которых меньше порога ограничения), а более сильные сигналы, наоборот, ослабляются. То есть и шепот, и крик на выходе такого усилителя бутут иметь одинаковую громкость. Линейным такой вид усиления назвать очень сложно…

Усилитель с АРУ работает по совершенно иному алгоритму. Из-за значительной инерционности изменения коэффициента усиления, он ослабляет (или усиливает) в равной мере как слабые сигналы, так и более сильные — т. е. шепот на выходе будет звучать как шепот, а крик — как крик (отношение амплитуды этих сигналов на выходе усилителя с АРУ равно отношению их амплитуд во входном сигнале). Но если средняя громкость (амплитуда) входного сигнала по какой-либо причине станет меньше или больше нормы, коэффициент усиления усилителя с АРУ начнет плавно изменяться и через некоторое время (доли-единицы секунд) средняя громкость выходного сигнала станет близкой к нормальной.

Простейшая схема усилителя с АРУ изображена на рис. 1.40, с. На ОУ DA1 собран неинвертирующий линейный усилитель, его коэффициент усиления зависит от сопротивления резистора R1 и канала полевого транзистора VT1. В качестве регулирующего транзистора (VT1) можно использовать только полевые — им, в отличие от биполярных, безразлично, в какую сторону течет ток через канал, т. е. через их канал можно пропускать переменный ток (при условии, что его амплитуда невелика, иначе разность напряжений между каналом и затвором будет сильно колебаться и в результате, в такт ему, будет изменяться и сопротивление канала). Из полевых транзисторов в усилителях с АРУ проще всего использовать транзисторы с управляющим р-п-переходом (КП303, КП307).

При нулевом входном напряжении напряжение на выходе усилителя равно нулю, конденсатор С2 разряжен через резистор R4, напряжение между затвором и истоком транзистора VT1 равно нулю и сопротивление канала транзистора минимально — гораздо меньше сопротивления резистора R2. В таком режиме коэффициент усиления усилителя максимален и его можно изменить подбором сопротивления резистора R2.

При подаче на вход усилителя усиливаемого сигнала на его выходе появится переменное напряжение, имеющее некоторую амплитуду. Отрицательная составляющая этого напряжения ответвляется в цепь АРУ и заряжает конденсатор С2. Напряжение на затворе транзистора относительно истока уменьшается, из-за этого увеличивается сопротивление его канала; так как при этом отношение сопротивления резистора R2 к сопротивлению канала транзистора VT1 уменьшается, то уменьшается и коэффициент усиления ОУ DA1. А так как напряжение на выводах конденсатора может изменяться только плавно, то и сопротивление канала транзистора VT1, и коэффициент усиления ОУ тоже изменяются очень плавно. Кстати, убрав этот конденсатор, мы получим логарифмический усилитель, правда, характеристики его будут не очень хорошими.

Коэффициент усиления будет уменьшаться до тех пор, пока не наступит некоторое равновесие, при котором ток заряда (через R3) конденсатора С2 равен току разряда (через R4); если амплитуда входного сигнала неизменна, то коэффициент усиления также не будет изменяться. При этом он остается постоянным вне зависимости от амплитуды и полярности выходного напряжения — конденсатор С2 сглаживает пульсации (т. е. полезный сигнал) напряжения на выходе. Но это только в цепи АРУ — выходной сигнал при этом не «сглаживается».

При дальнейшем увеличении амплитуды входного/выходного напряжения сопротивление канала транзистора VT1 продолжает увеличиваться. При амплитуде напряжения на выходе, примерно равной 3,5…4,5 В, полевой транзистор полностью закрывается (режим отсечки) и усилитель на ОУ DA1 «превращается» в повторитель напряжения (коэффициент усиления равен единице). При дальнейшем увеличении амплитуды входного напряжения система АРУ не работает и ьыходной сигнал не ограничивается.

При плавном увеличении амплитуды входного сигнала от нуля до максимального значения коэффициент усиления ОУ вначале уменьшается очень медленно (диод VD1 полностью закрыт до тех пор, пока выходное напряжение не превышает ±0,7 В), после чего быстро уменьшается до единиц-десятков раз и потом снова медленно уменьшается до 1. Это связано с особенностями работы полевого транзистора (см. рис. 1.8) при изменении напряжения на затворе.

Все это графически проиллюстрировано на рис. 1.40,6. Пока диод VD1 закрыт, АРУ не работает и коэффициент усиления усилителя максимален, вне зависимости от входного напряжения. И только когда выходное напряжение превысит 0,7 В, напряжение на конденсаторе С2 начнет изменяться — АРУ включится.

В некоторых случаях это недостаток. Устранить его можно только заменой диода VD1 идеальным выпрямителем, падение напряжения на котором при прямом включении равно нулю. Один из таких выпрямителей мы рассмотрели ра-

Рис. 1.40. Усилители с АРУ. а — простейшая схема; б — ее характеристики; в — усилитель с «идеальным» выпрямителем; г — усилитель с регулируемой амплитудой выходного напряжения нее; схема усилителя с АРУ на его основе изображена на рис. 1.40, в. Недостаток этой схемы — нужно 2 ОУ, но ничто не дается даром…

Работает эта схема точно так же, как и вышеописанная. Заряжается конденсатор С2 при отрицательной полуволне входного напряжения (для ОУ DA2) через диод VD1 и токоограничивающий резистор R3 (он нужен для уменьшения нагрузки на диод и выход ОУ, а также для того, чтобы напряжение на конденсаторе изменялось плавно, а не резко), а разряжается — через резистор цепи ООС, в качестве которого используется «переменник» R4 (в зарубежной и переводной литературе переменные резисторы называют «триммером»).

Допустим, что движок резистора R4 находится в верхнем по схеме положении, т. е. соединен с отрицательным выводом конденсатора С2. В таком случае коэффициент усиления ОУ DA2 равен единице и полевой транзистор полностью закроется (напряжение на его затворе уменьшится до -3,5…-4,0 В) при амплитуде напряжения на выходе DA1, равной ±3,5…4,0 В. При перемещении движка переменного резистора вниз начнет увеличиваться коэффициент усиления ОУ

DA2, и транзистор VT1 полностью закроется уже при меньшей амплитуде выходного напряжения DA1 — при коэффициенте усиления 3,5 он полностью закроется при амплитуде выходного напряжения ±1,0 В, а при коэффициенте усиления 35 — при амплитуде ±0,1 В.

Еще одна интересная схема усилителя с АРУ изображена на рис. 1.40, г. Она незаменима в тех случаях, когда оконечный усилитель (нагрузка для рассматриваемой схемы) предъявляет весьма жесткие требования к амплитуде входного сигнала.

Амплитуду выходного напряжения, при котором должна включаться система АРУ, можно изменять в широких пределах с помощью резистора R6. Резистор R7 можно закоротить, но тогда, если напряжение включения АРУ гораздо меньше (в 5… 10 и более раз) напряжения питания, настроиться будет сложнее. Конденсатор СЗ нужен для фильтрации управляющего напряжения — чтобы на прямом входе DA2 оно было постоянным, а не пульсирующим (ведь колебания напряжения питания неизбежны в любой более-менее сложной схеме; это один из немногих случаев, когда проще не устранять причину пульсации, а бороться с ее последствиями), и его емкость может быть любой, но больше 1 мкФ (для указанного на схеме номинала резисторов R6 и R7). Параллельно ему желательно подключить любой неэлектролитический емкостью 0,047 и более микрофарад.

Как только амплитуда входного сигнала (для DA2) превысит постоянное отрицательное напряжение на движке резистора R6, напряжение на выходе DA2 уменьшится и начнет заряжаться конденсатор С2. Одновременно через резистор R4 уменьшится напряжение на инверсном входе DA2 (чем меньше его сопротивление, по сравнению с сопротивлением резистора R5, тем сильней оно уменьшится), и в какой-то момент оно станет меньше напряжения на прямом входе — после этого напряжение на конденсаторе С2 перестанет уменьшаться. Одновременно через резистивный делитель R8-R9 напряжение на затворе полевого транзистора VT1 уменьшится — сопротивление его канала увеличится и коэффициент усиления усилителя на DA1 уменьшится.

Благодаря значительному коэффициенту усиления усилителя АРУ DA2 даже при незначительном превышении выходным сигналом DA1 некоторого заранее установленного (резистором R6) уровня, протекающий через резистор R3 ток резко увеличивается. То есть амплитуда выходного напряжения поддерживается на определенном уровне с очень высокой точностью — у такого усилителя, собранного на микросхеме LM2904, при изменении амплитуды входного сигнала с 0,1 до 2,0 В (среднеквадратичное значение) выходное напряжение изменялось всего на 5…10%. Причем предварительно усилитель практически не настраивался — я только убедился в исправности всех деталей.

Назначение некоторых элементов. Так как напряжение питания ОУ в моей схеме составляло ±15 В, а напряжение отсечки полевого транзистора КП307Б — всего 3,5 В, то с целью увеличения амплитуды напряжения на конденсаторе С2 (благодаря этому улучшится работа цепи ООС усилителя DA2) управляющее напряжение на затвор транзистора VT1 подается через делитель напряжения на резисторах R8 и R9. Напряжение на затворе этого транзистора равно 3,5 В при напряжении на конденсаторе С2, равном 8,75 В. Увеличивать коэффициент деления этого делителя нежелательно, особенно если вы будете использовать полевые транзисторы с неизвестным вам напряжением отсечки.

От емкости конденсатора С2 зависит время, за которое коэффициент усиления DA1 будет плавно изменяться. При слишком малой емкости этого конденсатора усилитель искажает сигнал (т. е. работает как логарифмический усилитель), при слишком большой — схема становится «сонной», т. е. коэффициент усиления DA1 изменяется слишком медленно.

От соотношения сопротивления резисторов R4 и R5 зависит коэффициент усиления ОУ DA2, а от него — точность поддержания амплитуды выходного напряжения ОУ DA1 на установленном с помощью резистора R6 уровне. Коэффициент усиления DA2 должен быть неким «средним» (когда он слишком мал, то и точность работы системы АРУ невелика; когда он слишком велик ОУ DA2 может самовозбудиться, что еще хуже), поэтому оба резистора желательно заменить одним переменным или подстроечным (его средний вывод — движок — соединить с инверсным входом ОУ, а крайние выводы — с конденсаторами С2 и СЗ). Изменяя положение его движка, добиваются наиболее приемлемой работы системы АРУ.

Источник: А. С. Колдунов, Радиолюбительская азбука. Том 2. Аналоговые устройства. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 288 с. — (Серия «СОЛОН — РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ» выпуск 24)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты