Устройство для автоматического регулирования усилителя сигналов низкого уровня

О П И С А Н И S i 3l9646

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

41014 H 03g 3!00

Заявлено 08.Х11.1969 (№ 1382779!26-9) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 28.Х.1971. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 12.1.1972 комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.375.621.122 (088.8) Автор изобретения

П. Н. Лойтер

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

УСИЛИТЕЛЯ СИГНАЛОВ НИЗКОГО УРОВНЯ

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования высокючувствительных мнюгокаскадных транзисторных усилителей, работающих в широком динамическом диапазоне входных сигналов.

Известны схемы АРУ, в которых при большом коэффициенте усиления пороговых сигналов, изменяющихся в большом динамическом диапазоне амплитуд, процесс регулирования должен начинаться при подаче на вход первого регулируемого каскада сигналов малого уровня (например, пороговых сигналов).

Так как при этом на этот же каскад подается регулирующий сигнал отрицательной обратной связи, его усиление уменьшается, что приводит к ухудшению отношения сигнал/шум на его выходе.

Цель изобретения — увеличить отношение сигнал/шум на входе усилителя сигналов малого уровня с большим коэффициентом усиления и с АРУ без усложнения схемы и без ухудшения температурной стабильности и динамического диапазона.

Это достигается тем, что усиление входного каскада изменяется с помощью изменения сигнала обратной связи, подаваемого на его вход с выходного регулируемого дифференциального каскада, схема включения которого обеспечивает при малых входных сигналах, подаваемых на входной каскад, сигнал положительной обратной связи, а при больших входных сигналах — отрицательной. Поэтому при минимальном входном сигнале достигается максимальное усиление всего усилителя, а благодаря положительной обратной связи в первом каскаде — максимально возможное его усиление, а следовательно, и повышение отношения сигнал/шум на входе усилителя.

При этом сохраняется динамический диапазон

10 усиления больших сигналов и не усложняется схема дополнительными цепями задержки с темпер атурой — нестабильнымн нелинейными элементами.

Принципиальная схема устройства дана

15 на чертеже.

Устройство содержит цепи усилителя и

АРУ. Цепь усилителя состоит из входного каскада 1 (построенного, например, на биполярном транзисторе по схеме О.Э) с регули20 руемым коэффициентом усиления, к которому подключена цепь 2 обратной связи, промежуточных каскадов 8 (в частном случае промежуточных каскадов может не быть), выходного дифференциального каскада 4 (напри25 мер, дифференциального усилителя на биполярных транзисторах) с регулируемым коэффициентом усиления, имеющего один синфазпый вход б, транзистора-генератора 6 тока, двух дифференциальных входов 7 и 8 и двух

30 дифференциальных выходов 9 и 10 транзисто319046 ров 11 и 12 дифференциальной пары. Цепь

АРУ состоит из детектора 18, фильтра 14 и усилителя 15 постоянного тока (УПТ) .

Выход 10 дифференциального регулируемого каокада 4 подключается к полезной нагрузке 1б, выход 9 — к цепи 2 обратной связи входного каскада.

Входной сигнал U„., усиливается во входном 1 и промежуточных 8 каскадах и подается синфазно на дифференциальный вход 8 и через делитель 17, 18 на синфазный вход 5выходного дифференциального каскада 4.

Сигналы, усиленные в транзисторе-генераторе б тока и транзисторе 12 дифференциальной пары, имеют одинаковую фазу, а в транзисторе 11 дифференциальной пары — противоположную. В результате на выходе 10, подключенном к нагрузке 1б, вырабатывается сумма усиленных сигналов, подаваемых на входы 8 и 5, а на выходе 9, подключенном к цепи 2 обратной связи,— их разность.

При минимальном входном сигнале

U„.,„„„. на выходе усилителя 15 системы АРУ вырабатывается минимальный управляющий сигнал постоянного тока Ур,„.„„„. Последний уменьшает прямое смещение эмиттерно-базового перехода транзистора 11 дифференциальной пары до уровня, при котором еще не наступает уменьшение дифференциального коэффициента усиления. При этом напряжение усиленного со входа 8 дифференциального сигнала на выходах 9 и 10 максимально, а напряжение усиленного со входа 5 синфазного сигнала максималыно на выходе 10, где синфазный сигнал складывается с дифференциальным, и минимально на выходе 9, где он вычитается из дифференциального сигнала.

Коэффициент деления делителя 17, 18 выбирается таким, чтобы при минимальном входном сигнале U.. „„„. и минимальном регулирующем сигнале, усиленный дифференциальный сигнал превышал по величине усилений синфазный сигнал, фаза результирующего сигнала .на выходе 9 обеспечивала положительную обратную связь, а его амплитуда— необходимый запас устойчивости (коэффициент усиления контура с разомкнутой обратной связью должен быть меньше единицы).

При возрастании входного сигнала результирующий сигнал на выходе УПТ 15 АРУ возрастает, вызывая увеличение прямого смещения эмиттерно-базового перехода транзистора 11 и уменьшение этого смещения в транзисторе 12. Усиленный со входа 8 дифференциальный сигнал на выходах 9 и 10 вначале остается неизменным, а при дальнейшем возрастании прямого смещения эмиттерно-базового перехода транзистора 11 уменьшается.

5

З0

Синфазный сигнал, усиленный со входа 5 уменьшается на выходе 10, подключенном к нагрузке, где его фаза совпадает с фазой дифференциального сигнала, и увеличивается на выходе 9, подключенном к цепи обратной связи входного каскада, где его фаза противоположна фазе дифференциального сигнала.

В результате суммарный сигнал на нагрузке уменьшается, а модуль разностного сигнала на выходе 9, осуществляющего положительную обратную связь во входном каскаде, вначале уменьшается до нуля; затем сигнал изменяет фазу, превращаясь в сигнал отрицательной обратной связи, и в дальнейшем его модуль продолжает возрастать.

Таким образом, при малых входных сигна.лах (например, пороговых) напряжение на выходе дифференциального регулируемого каскада максимально, а во входном каскаде имеет место максимальная положительная обратная связь. Усиление входного каокада при этом также максимально, и отношение сигнал/шум на его выходе имеет максималь ную величину. При возрастании входного сигнала |напряжение на выходе диффере нциального регулируемого каскада, подключенного к нагрузке, уменьшается, а величина положительной обратной связи во входном каскаде вначале уменьшается до нуля; затем обратная связь превращается в отрицательную, после чего величина ее с ростом входного сигнала продолжает увеличиваться.

Благодаря этому, с ростом входного сигнала происходит уменьшение усиления сразу двух регулируемых каскадов, а следовательно, и эффективное поддержание постоянства выходного напряжения в широком динамическом диапазоне изменения входного сигнала без ухудшения отношения сигнал/шум при минимальном его значении.

Предмет изобретения

Устройство для автоматического регулирования усилителя сигналов низкого уровня, содержащее входной каскад с регулируемой величиной обратной связи, предоконечный усилительный каскад и выходной регулируемый дифференциальный каскад, отличающееся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум в широком динамическом диапазоне регулировки усиления, выход предоконечного каскада подключен к дифференциальному входу и одновременно через делитель напряжения к синфазному входу выходного дифференциального каскада, а выход дифференциального каскада подключен к эмиттеру транзистора входного регулируемого каскада через цепь обратной связи, 319046

Редактор Т. Юрчикова

Заказ 3788/18 Изд. М 1492 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Л, Рубинчик

Техред Л. Богданова

Корректоры: М. Коробова и T. Гревцова