Широкополосный усилитель
(72) Авторы изобретения ф.А. Ермалицкий и И.Е.. Залесс ауф 4 „;:," r с .„
I "с;., Научно-исследовательский институт и физических проблем им. акад. А .Н„Севченко
:ф
1 (71) Заявитель (54) ЯИРОКОПОЛОСНЬ!Й УСИЛИТБЪ
Изобретение относится к радиотехнике и используется в высокоскоростных систеМах связи и электроизмерйтельных установках по изучению быстропротекающих процессов в качестве входного и промежуточного усилите- s ля линейного тракта системы.
Известен широкополосный. усилитель, содержащий последовательно включенные каскадные секции, соединенные между собой емкостной связью и содержащие местную отрицательную обратную связь (не комплексную) (1).
Это стабилизирует характеристики данного усилителя, но приводит к сужению полосы усиления и уменьпению доб- ротности .
Известен широкополосный усилитель, содержащий первую каскадную схему, состоящую из первого транзистора, включенного по схеме с общим змиттером и второго транзистора, включенного по схеме с общей базой, охваченную цепью местной отрицательной
2 обратной связи, и третий транзистор, включенный по схеме с общим эниттером, база которого соединена с кол- . лектором второго транзистора, а также содержит цепь общей отрицательной обратной связи последовательного типа, при этом первый и второй транзисторы имеют один тип проводимости, а третий транзистор - другой тип проводимости (2 1,.
Однако присутствие в схеме относи" тельно инерционного каскада с общим эмиттером снижает верхнюю граничную частоту усилителя и добротность каскада в целом.
Цель изобретения - повышение добротности широкополосного усилителя и максимальное использование площади усиления каждого из транзисторов,. входящих в схему, что эквивалентно увеличению верхней граничной частоты усиления.
Поставленная цель достигается тем, что в широкополосный усилитель вве1001439 ден дополнительный транзистор, включенный по схеме с общей базой между коллектором третьего транзистора и выходом широкополосного усилителя, образуя с третьим транзистором вто- 5 рую каскадную схему, причем коллектор дополнительного транзистора через цепь общей отрицательной обратной связи последовательного типа соединен с эмиттером первого транзистора, при этом дополнительный транзистор имеет тот же тип проводимости, что и тип проводимости третьего транзистора.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема широког полосного усилителя, Усилитель содержит первый, второй, третий транзисторы 1-3 и дополнительный транзистор 4, цепь местной отрицательной обратной связи, состоящую из резистора 5 и конденсатора б, резистор 7 общей отрицательной обратной связи последовательного типа, резисторы 8-15, конденсаторы
16- 19,фильтров, нагрузочный резис2$ тор 20 (или 21) . К выходу широкополосного усилителя может быть подключен коаксиал ьный кабел ь 22.
Усилитель работает следующим образом.
Входной сигнал поступает на первую пару каскадносвязанных первого и второго транзисторов 1 и 2. При передаче фронта импульса действует отрица35 тельная обратная связь, обусловленная наличием цепи из резистора 5 и конденсатора б, а именно конденсатор б шунтирует резистор 5, который уменьшает коэффициент усиления на
40 всех частотах. Причем шунтирующее действие конденсаторов обратно пропорционально частоте усиливаемого сигнала. Таким образом, за счет наличия этой цепи увеличивается площадь усиле45 ния в области высоких частот. Выходное сопротивление каскадной схемы на порядок выше, чем у известных схем с общей базой и общим эмиттером, что также способствует увеличению добротсп ности. Сигнал, усиленный первым и вторым транзисторами 1 и 2, поступает непосредственно на вход третьего и дополнительного транзисторов 3 и 4, также соединенных в каскадную схему,.
Отсутствие раздели тельного конденсатора в цепи прохождения сигнала способствует увеличению добротности усилителя, расширению его полосы пропускания и исключает вь >росы.на вершине импульса, обусловлен.",ы» йереходными процессами в схеме„ Симметричное по" строение первой и второй каскадных пар позволяет легко ввести общую отрицательную обратную связь последовательного типа с выхода усилителя на эмиттер первого транзистора 1, так как они оказываются под примерно одинаковыми потенциалами. Во второй паре транзисторов местная обратная связь не применяется, поскольку это не дает возможности восстановить добротность каскада до предельного значения. Выигрыш же добротности получается за счет использования общей отрицательной обратной связи, которая при этом стабилизирует характеристики широкополосной устойчивости,, Вместе с тем она позволяет согласовать потенциалы входа и выхода схемы, что особенно важно при гальваническом соединении нескольких таких усилительных секций с целью получения большого коэффициента усиления. Выходной сигнал выделяется на резисторе 20. При необходимости широкополосный усилитель может работать на коаксиальный кабель 22 с согласованной нагрузкой, что удобно при использовании данного каскада в качестве предусилителя сигнала датчика с последующей передачей импульса на" вход основного усилителя . В этом случае номинал резистора 8 второго каскада он будет играть при этом роль нагрузки первого каскада) с целью согласования выбирают равным волновому сопротивлению линии передачи.
В предлагаемом широкополосном усилителе получен больший коэффициент усиления при меньшем собственном времени нарастания, чем у прототипа, . т.е. данная реализация обладает более высокой добротностью. При этом необходимо учесть следующие обстоятельства. Добротность широкополосного усилителя оценивают как произведение коэффициента усиления К на верхнюю граничную частоту Еэ .
Но при соединении Я каскадов общий коэффициент усиления усилителя равен К „, где К u „- коэффиц иент усиN пения по напряжению одного каскада, а общая граничная частота равнаf /Й где - граничная частота одного
1001439
3)„=4<„ 25 -де И - число транзисторов, входящих в схему„ Предлагаемый широкополосный усилитель обладает более высокой приведен- 3О ной добротностью, чем даже усилитель с распределенными параметрами. Кроме того, наиболее полно используется площадь усиления каждого применяемого транзистора, что свидетель- N ствует об экономичности, так как с ее помощью можно получить требуемые усилительные и частотные характеристики, используя меньшее количегтво транзисторов. Широкополосный усили- <в тель может быть реализован средствами микроэлектронной технологии. Итак, сфера применения предлагаемого широкополосного усилителя может быть значительно увеличена, .в результате че- 45 го устраняется необходимость разработки ряда усилителей с собственным временем нарастания импульса порядка десятых долей наносекунд. Использование предлагаемого широко-.ю полосного усилителя в линейном тракте каскада. Добротность многокаскадного усилителя при этом оказывается равной Кц„-Хв /Я, т„е. возрастает с увеличением числа каскадов в сложном усилителе. В итоге понятие добротнос- ти для сложного усилителя не отражает истинные частотные и усилительные свойства схемы и особенно степень использования добротности каждого из входящих в нее транзисторов. Степень добротности усилителей и степень использования площади усиления каждого из входящих в усилитель транзисторов оценивают с. помощью формул, согласно которым добротность не зависит от числа каскадов: приведенная добротность Зи времяизмерительного комплекса с пикосекундным разрешением на основе мно" гоканального временного анализатора позволяет создать аппаратуру, имеющую более высокую чувствительность, чем известная аппаратура, применяемая для тех же целей. Формула изобретения Широкополосный усилитель, содержащий .первую каскадную схему, состоящую из первого транзистора, включенного по схеме с сообщим эмиттером, и второго транзистора, включенного по схеме с общей базой, охваченную цепью местной отрицательной обратной связи, и третий транзистор, включенный по схеме с общим эмитт ром, база которого соединена с коллектором второго транзистора, а также содержащий цепь общей отрицательной обратной связи последовательного типа, при этом первый и второй транзисторы имеют один тип проводимости, а третий транзистор другой тип проводимости, о т л и ч а" ю шийся тем, что,с целью повышения добротности и максимального ис" пользования площади усиления каждого из транзисторов, введен дополнительный транзистор, включенный по .схеме с общей базой между коллектором третьего транзистора и выходом широко" полосного усилителя, образуя с третьим транзистором вторую каскадную схему, причем коллектор дополнительного транзистора через цепь общей отрицательной обратной связи последовательного типа соединен с эмиттером первого транзистора, при этом дополнительный транзистор имеет тот же тип проводимости, что и тип проводимости третьего транзистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка ФРГ У 1512725, кл. Н 03 F 1/42, 2. Мо!еа M.À,, 1000 MHz broad-band amplif1еr, "lnt. J. Е1ectronics", 1979, 46, h" 4, р„ 44 1-444 (прототил),. 1061439 Составитель И. Водяхина Редактор Н. Ковалева Техред К.Иыцьо Корректор О. Билак Заказ 1И 3/73 Тираж 931 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам, изобретений и открытий 11)ОЦ Москва Ж-Я Раушская наб.д д. 4Д филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
