Низкочастотные, высокочастотные и широкополосные усилители напряжения

Можно с уверенностью утверждать, что усилители - наиболее распространенные и широко используемые элементы любой радиоаппаратуры, в том числе, разумеется, и БРТА. Существует большое разнообразие видов усилителей, с каждым из которых мы постараемся познакомиться поподробнее.

Первая группа - это резистивные (с нагрузкой в виде резистора) линейные усилители напряжения в низкочастотном спектре. К ним следует отнести все каскады, предварительного усиления в УЗЧ, включая так называемые микрофонные усилители.

На рис. 2.5 приведены несколько реальных схем такого использования, взятых из промышленной аппаратуры.

Все эти схемы объединяют следующие показатели:

• достаточно большой коэффициент усиления по напряжению (порядка 50...200 в зависимости от параметров самого транзистора);
• очень незначительный коэффициент нелинейных искажений при достаточно малых входных сигналах, особенно в случае наличия в каскаде цепи отрицательной обратной связи;
• сравнительно низкое входное сопротивление (особенно для биполярных транзисторов).

К этой же группе, вообще говоря, можно отнести и эмиттерные повторители, а также каскады с разделенной нагрузкой, От предыдущих схем их отличают лишь весьма высокое входное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению, который всегда меньше единицы.

Рис. 2.5. Резистивные усилители напряжения на транзисторах:

а - стандартная «типовая» схема с отрицательной обратной связью по току; б - схема с увеличенным входным сопротивлением; в - схема с отрицательной обратной связью по напряжению; г - входной «микрофонный» каскад усилителя записи магнитофона

Следующая группа схем - это так называемые апериодические усилители ВЧ. Сегодня они встречаются как на биполярных, так и на полевых транзисторах с высокой граничной частотой (в зависимости от диапазона, на котором работает каскад). И если аппарат многодиапазонный, то граничная частота транзистора должна быть по крайней мере в 1,5...2 раза выше наивысшей рабочей частоты самого «высокочастотного» диапазона. В справочниках по транзисторам в разделе «транзисторы высокочастотные маломощные» этот параметр (граничная частота) обязательно указывается.

По схемотехнике апериодические каскады ВЧ мало отличаются от каскадов предварительного усиления ЗЧ, если не считать того, что в апериодических усилителях очень часто вместо активного резистора в качестве нагрузки применяется высокочастотный дроссель, не имеющий выраженного резонанса в рабочей полосе частот.

Впрочем, довольно часто у такого дросселя искусственно создают резонанс на самой высокой частоте рабочего диапазона, чтобы скомпенсировать естествен­ный «завал» АЧХ на этих частотах, обусловленный влиянием различных паразитных емкостей (например, емкости монтажа). Если такая «хитрость» применяется в апериодическом видеоусилителе телевизора или видеомагнитофона (с целью максимально увеличить четкость изображения), то ее называют по-научному апертурной коррекцией.

В качестве примера на рис. 2.6 приведена схема каскадного апериодического УВЧ на двух полевых транзисторах отечественного производства.

Рис. 2.6. Каскадная схема апериодического УВЧ на двух полевых транзисторах

Ненамного отличаются от апериодических усилители резонансные. Вся разница в том, что вместо ненастраиваемого дросселя, обеспечивающего апериодическому усилителю широкую полосу пропускания с незначительной неравномерностью, нагрузкой резонансного усилителя является настраиваемая резонансная система с определенной полосой пропускания. Такой нагрузкой может быть, к примеру, полосовой фильтр ПЧ, включенный в разрыв коллекторной цепи транзистора по схеме с общим эмиттером, либо одиночный резонансный контур, либо, наконец, фильтр сосредоточенной селекции. Типовая схема такого резонансного усилителя ПЧ изображена на рис. 2.7.

Сравнительно недавно в схемах БРТА появились так называемые дифференциальные усилители, представляющие собой по существу два каскада на отдельных транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером, в которых эмиттеры в прямом смысле являются общими, т.е. соединены параллельно.

Рис. 2.7. Резонансный усилитель ПЧ с полосовым фильтром в качестве нагрузки

В коллекторную цепь первого (основного) транзистора включен резистор (или контур) нагрузки, с которого снимается усиленный сигнал. Коллектор второго транзистора соединен напрямую с источником питания, поэтому он оказывается каскадом с общим коллектором, т. е. эмиттерным повторителем.

Весь фокус состоит в том, что один и тот же резистор в эмиттерной цепи одновре­менно выполняет две разные функции. Для первого транзистора он является источником сигнала отрицательной обратной связи, а для второго - нагрузкой эмиттерного повторителя, сигнал с которого также поступает в токовую цепь основного транзистора. Таким образом, подавая на базу первого транзистора входной сигнал, мы используем дифференциальный каскад как обычный усилитель напряжения с ООС по току, а на базу второго транзистора мы можем подавать все, что нам заблагорассудится, вводя таким образом дополнительный сигнал в цепь первого транзистора.

В качестве такого «дополнительного» сигнала можно подавать постоянное напряжение (например, сигнал АРУ в ВЧ каскадах) или компенсационное напряжение с выхода схемы, или дополнительное напряжение частотно-зависимой обратной связи по напряжению и т.п.

Типовая схема дифференциального каскада в качестве входного каскада УЗЧ приведена на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Дифференциальный усилительный каскад ЗЧ