Широкополосный усилитель

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в осциллографах, генераторах сигналов для усиления импульсных сигналов с наносекундными и пикосекундными фронтами. Технический результат заключается в уменьшении искажений амплитудно-частотной и переходной характеристик, обусловленных двухканальной структурой широкополосного усилителя (ШУ). ШУ содержит каскадно соединенные входной фильтр верхних частот (ФВЧ), первый усилительный каскад (УК) (2) и выходной ФВЧ (3), каскдно соединенные первый резистор (Р) (7), второй УК (5) и выходной фильтр нижних частот (ФНЧ) (6), а также входной ФНЧ (4), параллельно выходу которого включен второй Р (8), последовательно соединенные третий Р (9) и конденсатор (К) (10), включенные между выходом УК (2) и выходом ФНЧ (4). Выходная частотно объединяющая цепь ФВЧ (3) и ФНЧ (6) складывает усиленные высокочастотные (ВЧ) и низкочастотные (НЧ) составляющие спектра сигнала в нагрузке. Р (7) выполняет развязывающую функцию. Р (9) и К (10) являются частотно-зависимой положительной обратной связью, действующей в полосе стыковки НЧ и ВЧ каналов усиления. 6 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в осциллографах реального времени, в генераторах сигналов и в телекоммуникационной аппаратуре для усиления импульсных сигналов с наносекундными и пикосекундными фронтами.

Известен широкополосный усилитель, содержащий каскадно-соединенные входной фильтр верхних частот, первый усилительный каскад и выходной фильтр верхних частот, каскадно-соединенные входной фильтр нижних частот, второй усилительный каскад и выходной фильтр нижних частот, при этом вход входного фильтра нижних частот соединен с входом входного фильтра верхних частот, а выход выходного фильтра нижних частот - с выходом выходного фильтра верхних частот [1, стр. 105, рис. 6.4]. Недостатком такого усилителя является то, что его фазочастотная характеристика в области частот стыковки входной частотно-разделительной и выходной частотно-объединяющая цепей имеет скачок фазы, равный 360 градусов, и при усилении импульсных сигналов на плоской вершине импульса появляется провал, доходящий до 100% [2, стр. 23, рис. 1].

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу существенных признаков является широкополосный усилитель, содержащий каскадно-соединенные входной фильтр верхних частот, первый усилительный каскад и выходной фильтр верхних частот, входной фильтр нижних частот, вход которого соединен с входом входного фильтра верхних частот, каскадно-соединенные второй усилительный каскад и выходной фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом выходного фильтра верхних частот, первый резистор, включенный между входом второго усилительного каскада и входом входного фильтра верхних частот, второй резистор, подключенный параллельно выходу входного фильтра нижних частот, и третий резистор, включенный между выходом входного фильтра нижних частот и выходом первого усилительного каскада [3, фиг.1]. Недостатком устройства-прототипа является то, что искажения амплитудно-частотной (АЧХ) и переходной (ПХ) характеристик, обусловленные его двухканальной структурой, и корректирующий эффект, от введения положительной обратной связи с помощью третьего резистора, сдвинуты по частоте и во времени. Поэтому возможности уменьшения этих искажений с помощью положительной обратной связи в устройстве-прототипе оказываются использованными не полностью.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - уменьшение искажений АЧХ и ПХ, обусловленных двухканальной структурой широкополосного усилителя.

Это достигается тем, что в широкополосный усилитель, содержащий каскадно-соединенные входной фильтр верхних частот, первый усилительный каскад и выходной фильтр верхних частот, входной фильтр нижних частот, вход которого соединен с входом входного фильтра верхних частот, каскадно-соединенные второй усилительный каскад и выходной фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом выходного фильтра верхних частот, первый резистор, включенный между входом второго усилительного каскада и входом входного фильтра верхних частот, второй резистор, подключенный параллельно выходу входного фильтра нижних частот, и третий резистор, первый вывод которого соединен с выходом входного фильтра нижних частот, введен конденсатор, включенный между выходом первого усилительного каскада и вторым выводом третьего резистора.

На фиг.1 представлена функциональная схема предложенного широкополосного усилителя, а на фиг.2 - его принципиальная электрическая схема. На фиг.3-6 приведены экспериментальные зависимости АЧХ и ПХ, полученные для прототипа и широкополосного усилителя, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.2.

Широкополосный усилитель (фиг.1) содержит каскадно-соединенные входной фильтр верхних частот 1, первый усилительный каскад 2 и выходной фильтр верхних частот 3, входной фильтр нижних частот 4, вход которого соединен с входом входного фильтра верхних частот 1, каскадно-соединенные второй усилительный каскад 5 и выходной фильтр нижних частот 6, выход которого соединен с выходом выходного фильтра верхних частот 3, первый резистор 7, включенный между входом второго усилительного каскада 5 и входом входного фильтра верхних частот 1, второй резистор 8, подключенный параллельно выходу входного фильтра нижних частот 4, третий резистор 9, первый вывод которого соединен с выходом входного фильтра нижних частот 4, конденсатор 10, включенный между выходом первого усилительного каскада 2 и вторым выводом третьего резистора 9.

Широкополосный усилитель (фиг.1) работает следующим образом. Первый усилительный каскад 2 является высокочастотным и усиливает высокочастотные составляющие спектра входного сигнала. Второй усилительный каскад 5 является низкочастотным и усиливает низкочастотные составляющие спектра входного сигнала. Выходная частотно-объединяющая цепь, состоящая из выходного фильтра верхних частот 3 и выходного фильтра нижних частот 6, осуществляет сложение усиленных высокочастотных и низкочастотных составляющих спектра сигнала в нагрузке. Первый резистор 7 выполняет функцию развязывающего резистора и его сопротивление выбирается много больше выходного сопротивления генератора сигналов, подключаемого к входу широкополосного усилителя. Второй резистор 8 является нагрузкой входного фильтра нижних частот 4. Третий резистор 9 и конденсатор 10 являются элементами частотно-зависимой положительной обратной связи, действующей в полосе стыковки низкочастотного и высокочастотного каналов усиления. С изменением сопротивления третьего резистора 9 изменяется глубина обратной связи, с изменением емкости конденсатора 10 изменяется частота, на которой глубина положительной обратной связи оказывается максимальной.

Входной фильтр верхних частот 1, первый усилительный каскад 2, выходной фильтр верхних частот 3, входной фильтр нижних частот 4, второй усилительный каскад 5, выходной фильтр нижних частот 6, первый резистор 7, второй резистор 8, третий резистор 9, конденсатор 10 на фиг.1 соответствуют конденсатору С₁, транзисторам Т₁ и Т₃, конденсатору С₃, катушке индуктивности L₄, транзисторам Т₂ и Т₄, катушке индуктивности L₆, резистору R₇, резистору R₈, резистору R₉, конденсатору c₁₀ на фиг.2.

Широкополосный усилитель, принципиальная схема которого приведена на фиг.2, имел следующие технические характеристики: коэффициент усиления 18 дБ; полоса рабочих частот 5 Гц - 130 МГц; время установления фронта импульса 2,5 нс; спад плоской вершины импульса (при длительности импульса 2 мс) 4%; частота стыковки входной частотно-разделительной и выходной частотно-объединяющей цепей 1,8 МГц.

На фиг.3 и 4 приведены экспериментальные АЧХ и ПХ прототипа, на которых обозначено: К - нормированный коэффициент передачи, f - частота, h(t) - зависимость отношения мгновенного значения выходного напряжения от времени к его значению после установления фронта, t - время.

На фиг.5 и 6 приведены экспериментальные АЧХ и ПХ предложенного усилителя (фиг.2).

Положительный эффект от использования заявляемого объекта (по отношению к устройству-прототипу) заключается:

- в уменьшении искажений амплитудно-частотной и переходной характеристик, обусловленных двухканальной структурой широкополосного усилителя.

Источники информации

1. Алексеев О.В., Грошев Г.А., Чавка Г.Г. Многоканальные частотно-разделительные устройства и их применение. - М.: Радио и связь. 1981. - 135 с.

2. Ильюшенко В.Н., Титов А.А. Многоканальные импульсные устройства с частотным разделением каналов // Радиотехника. - 1991. - №1. - С.22-24.

3. А.с. 1653128 СССР, Н 03 F 1/42. Широкополосный усилитель / Ильюшенко В.Н., Титов А.А. - Опубл. 30.05.91. Бюл. №20 - прототип.

Широкополосный усилитель, содержащий каскадно соединенные входной фильтр верхних частот, первый усилительный каскад и выходной фильтр верхних частот, входной фильтр нижних частот, вход которого соединен с входом входного фильтра верхних частот, каскадно соединенные второй усилительный каскад и выходной фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом выходного фильтра верхних частот, первый резистор, включенный между входом второго усилительного каскада и входом входного фильтра верхних частот, второй резистор, подключенный параллельно выходу входного фильтра нижних частот, и третий резистор, первый вывод которого соединен с выходом входного фильтра нижних частот, отличающийся тем, что в него дополнительно введен конденсатор, включенный между выходом первого усилительного каскада и вторым выводом третьего резистора.