Схема этого усилителя родилась на заседании кафедры. Нет, не в процессе высоколобого обсуждения и научных дискуссий. Борясь со сном, под монотонно-обязательное "навстречу очередному 33-му (спросонья может цифру перепутал) съезду... повышенные обязательства... весь коллектив с большим энтузиазмом..." от скуки рисовал на бумажке схемы. Это одна из них. Оказалась неожиданно хорошей и патентоспособной. Вместе с Уточкиным Геннадием Васильевичем на неё получено авторское свидетельство.

Стабильный усилитель

Усилитель, принципиальная схема которого показана на рис.1, отличается большим и устойчивым коэффициентом усиления по напряжению Ku (несколько тысяч ) и малым потреблением тока и очень высокой стабильностью характеристик [1].

Схема (1988 bytes)

По постоянному току транзистор VT1 включен диодом (база и коллектор замкнуты через дроссель L1). Поэтому вся схема на постоянном токе представляет собой известный генератор тока Уилсона с глубокой отрицательной обратной связью по току. Поэтому режимы работы всех транзисторов чрезвычайно стабильны и не зависят от температуры и питающего напряжения (если оно больше 1,8 V). Коллекторные токи VT2 и VT3 одинаковы и задаются резистором R1, величина которого определяется по формуле:

R1 = (Uпит – 2Uбэ)/Iк,

где Uбэ= 0,7 V для кремниевых транзисторов;

Iк - желаемый ток коллекторов VT2, VT3.

По переменному же току схема представляет собой трехкаскадный усилитель ОЭ-ОЭ-ОЭ, обладающий наибольшим коэффициентом по сравнению с другими схемами включения транзисторов в трехкаскадных усилителях.

Первый каскад усиления выполнен на транзисторе VT1. Особенностью работы VT1 является равенство нулю напряжения коллектор-база этого транзистора (по постоянному току они замкнуты через дроссель L1=40 uH). Это, как ни странно, совершенно не отражается на его усилительных свойствах, так как напряжение коллектор-эмиттер Uкэ= 0,7 V, что для маломощных кремниевых транзисторов значительно больше напряжения насыщения, составляющего 0,1-0,2 V. Посмотрите в любом справочнике выходные характеристики (зависимости Iк от Uк), там хорошо видно, что область при напряжении Uкэ=0,7 V это совершенно рабочий участок активного режима.

При таком низком напряжении Uкэ активный режим VT1 сохраняется только да тех пор, пока амплитуда переменного напряжения на его коллекторе не превысит 200 mV. Однако в данном усилителе она никак не может быть больше 20..30 mV (т.е. намного меньше предельно допустимого значения 200 mV) из-за высокого усиления последующих каскадов на VT2, VT3. Усиленный VT1 сигнал выделяется на дросселе L2 (также 40 uH) и поступает на базу второго усилительного каскада на VT2.

Второй каскад усиления на VT2 также выполнен по схеме с общим эмиттером, усиленный им сигнал выделяется на R1. С коллектора VT2 сигнал поступает на базу VT3, эмиттер которого заземлен по высокой частоте через блокировочный конденсатор C2. Усиленный VT3 выходной сигнал выделяется на нагрузке Z1, в качестве которой может быть использован параллельный колебательный контур (при резонансном усилителе) или резистор (при широкополосном).

Усилитель обладает высоким и устойчивым коэффициентом усиления, некритичен к монтажу и расположению элементов. При указанных на рисунке1 номиналах, VT1-VT3 КТ368АМ, напряжении питания 12 V (сохраняется работоспособность при снижении напряжения питания до 1,8 V) и резисторе в 1кОм в качестве Z1 усилитель имеет полосу частот 0,1-20 MHz (по уровню -3 dB) и Ku=3000. При необходимости регулировки Ku в широких пределах (например для автоматической или ручной регулировки усиления) управляющее напряжение +1,6... 12 V можно подать на верхний вывод R1, отсоединив его от плюса источника питания. При этом одновременно меняются токи коллекторов сразу всех трех транзисторов, что обеспечивает очень глубокую регулировку усиления.

Возможные модификации и применения

Почти во всех случаях неудобные конструктивно дроссели L1 и L2 можно заменить резисторами 300 Ом...2,4 kOhm. При резисторах в несколько сотен Ohm несколько снижается усиление.

Из-за высокое усиления и возможности его глубокой регулировки этот усилитель хорошо подходит в качестве усилителя промежуточной частоты трансивера (при резонансной нагрузке Ku усилителя может достигать нескольких десятков тысяч).

Для повышения избирательности, кроме параллельного LC контура на выходе, хорошо дополнительно вместо блокировочного C1 включить последовательный LC контур на промежуточную частоту. В этом случае на рабочей частоте эмиттер VT3 заземляется, а на всех остальных частотах через дроссель L2 (или резистор, его заменяющий) возникает глубокая отрицательная обратная связь снижающая усиление не только VT3, но и всего усилителя в целом. За счет этого активного взаимодействия избирательность получается заметно выше, чем при обычном использовании LC контура. Если вы планируете установить только один LC контур в первую очередь из соображений избирательности, то лучше это сделать не в коллектор, а в эмиттере VT3.

Литература

1. Г. Уточкин. И. Гончаренко. Усилитель высокой частоты. Авторское свидетельство N 1646045



Bonn, 12.05.2004

На главную - Main page