Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
В рассмотренной секции с операционным усилителем (рис. 2.16,а) входной сигнал обратной связи подается на инвертирующий вход. Здесь применена схема обратно связи параллельного типа; в данном случае от датчика потребляет-
3* 67
ся ток и входное сопротивление секции невелико. Поэтому она должна подключаться к источнику сигнала с малым выходным сопротивлением, например к эмиттерному повторителю, к выходу операционного усилителя и т. п.
Отметим, что в некоторых устройствах, например в цифроаналоговых преобразователях (см. § 3.8), часто используются схемы операционных усилителей с параллельной обратной связью для суммирования токов. В такой схеме (см. рис. 2.16,6) имеется ТОЛЬКО ОДНО сопротивление В цепи обратной СВЯЗИ Ru включенное между выходом и входом усилителя. При поступлении на вход схемы тока Ibx на выходе образуется напряжение Ubых = = —IbxRi- При этом входное сопротивление схемы очень мало Rbx=RiI(1 + K).
Если коэффициент усиления операционного усилителя велик (К-+00), то сопротивление В точке О стремится К нулю (Rbx-^O). Поэтому точку О называют «виртуальной землей». При поступлении в эту точку токов от нескольких датчиков (/Ь /2, ..., In) они складываются и напряжение на выходе пропорционально их сумме
^выХ=-Яі2 V (2.17)
1=1
В тех случаях, когда схема с операционным усилителем должна иметь высокое входное сопротивление, применяется обратная связь последовательного типа (рис. 2.16,в). Здесь входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а обратная связь при помощи делителя RiR2 осуществляется на инвертирующий вход. Амплитуда выходного сигнала этой схемы имеет такое же значение, как и у схемы, приведенной на рис. 2.13,а, но фаза сигнала не изменяется
ивых = ивх(1+R1ZR2). (2.18)
Ранее в качестве примера была рассмотрена секция со сравни-
тельно простым операционным усилителем с умеренным коэффициентом усиления и ограниченной полосой пропускания. Промышленность выпускает большое количество операционных усилителей с высокими параметрами. В них применяют схемы с транзисторами разной полярности, на полевых транзисторах, каскады с динамической нагрузкой и т. п. Помимо усилителей общего применения выпускают специализированные узлы. Характеристики операционных усилителей и особенности их включения, как правило, указывают фирмы-изготовители.
2.3.4. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ СЕКЦИИ
ГИБРИДНОГО ТИПА
Усилительные секции на интегральных операционных усилителях не всегда удовлетворяют разнообразным и часто противоречивым требованиям, предъявляемым к ним при решении тех или иных экспериментальных задач. Так, в некоторых исследованиях, проводимых со сцинтилляционными детекторами и проволочными
68
камерами, необходимы усилители с полосой пропускания в десятки мегагерц, с высокой стабильностью коэффициента усиления и не подверженные так называемой перегрузке от сигналов, возникающих наряду с измеряемыми, но значительно превышающих их по амплитуде (см. § 2.5). Для решения подобных задач разрабатывают специальные схемы усилителей, которые из-за сравнительно ограниченной потребности изготовляют не монолитными, а гиб-ридно-плсиочными. В них применяют высокочастотные бескорпус-ныс активные элементы и пленочные пассивные компоненты повышенной точности. В качестве примера рассмотрим схему быстродействующего усилителя, приведенную на рис. 2.17.
Структура схемы подобна структуре операционного усилителя; ее входная часть обладает большим входным сопротивлением; промежуточная часть служит для дополнительного усиления сигнала и согласования с выходной частью, которая обеспечивает передачу сигнала в низкоомную нагрузку.
Входной каскад собран по дифференциальной схеме на согласованной паре полевых транзисторов (Гі_і и T1-2). Этим достигаются высокое входное сопротивление и повышенная скорость нарастания сигналов; режим каскада задается генератором стабильного тока (ГСТ). Транзисторы Tz-1 и Гг_2 ограничивают уровень сигналов больших амплитуд и тем самым предотвращают перегрузку последующего каскада.
Промежуточный каскад выполнен по дифференциальной схеме на каскадных парах T4 Ть. Этой схемой парафазный сигнал усиливается, а затем преобразуется в однофазный. Для ограничения сигнала при перегрузке применена дополнительная ограничивающая схема на диодно-включенных транзисторах T7-I и T7 >\ на них подаются опорные напряжения U01 и U02.
69
Выходной каскад на рис. 2.17 показан условно в виде треугольника, он выполнен по схеме двухтактного составного повторителя и защищен от короткого замыкания на выходе. Внешним потенциометром Rq осуществляется балансировка схемы — установка на выходе нулевого потенциала.
Усилитель охвачен отрицательной обратной связью резисторы R2y Rzi Ra и Rq). Коэффицент усиления и частотная характеристика регулируются коммутацией выводов резисторов в цепи обратной связи и установкой внешних корректирующих элементов (Як, Ck)-
С увеличением коэффициента усиления К снижается верхняя граничная частота /г.в; так, при /(=10 /г.в = 50 МГц; при /С=30 /гв=^30 МГц. Для получения большего коэффициента усиления включают последовательно несколько секций и между ними вводят при необходимости частотные фильтры, схемы восстановления постоянной составляющей (см. § 2.4, 2.5) и т. п. Если амплитуда сигнала составляет десятые доли вольта, например при работе с ФЭУ или КЭУ, то достаточно одной усилительной секции. Ее выходной каскад обеспечивает непосредственную передачу сигнала и соединительный ВЧ-кабель.
