Схеме в режиме В присущи так называемые переходные искажения (ступеньки 0 - t1, t2 - t3, t4 - t5 на рис. 3.39,б), обусловленные тем, что при входном напряжении, меньшем 0,6 В, кремниевые биполярные транзисторы практически закрыты. Для их устранения транзисторы двухтактного каскада нужно приоткрыть в состоянии покоя, т.е. при отсутствии усиливаемого сигнала. Такой режим работы усилителя называют двухтактным режимом АВ. Напряжение смещения обычно получают включением между базами транзисторов диодов (VD1 и VD2 на рис. 3.40).
В режиме АВ при постоянных напряжениях смещения на базах U1, U2 увеличение температуры приводит к возрастанию тока покоя транзисторов, что в свою очередь вызывает еще большее нагревание транзисторов. Этот эффект называется термической положительной обратной связью, и без принятия специальных мер транзисторы могут перегреться и разрушиться.
Частично компенсировать термическую положительную обратную связь можно, размещая диоды смещения на корпусах транзисторов. Дополнительно в эмиттерные цепи транзисторов включают резисторы Rэ (рис. 3.40,a,6), создающие отрицательную обратную связь по току. Стабилизирующее действие этой связи возрастает с увеличением Rэ, однако при этом снижается отдаваемая в нагрузку мощность.
Малое выходное сопротивление усилителей мощности создает опасность разрушения транзисторов при коротком замыкании (Rн=0). Поэтому применяют схемы защиты, ограничивающие максимальный выходной ток. Один из вариантов схемы защиты выходного каскада от перегрузки показан на рис. 3.41. Если из-за возрастания выходного тока Iвых падение напряжения на резистоpax Rэ превысит значение около 0,6 В, то транзисторы VT5 и VT6 откроются и предотвратят дальнейшее увеличение тока транзисторов VT1 и VT2.
Если двухтактный каскад построен на транзисторах с одинаковой структурой, то сигналы на их базы подаются с противофазных выходов фазоинвертора, в качестве которого нередко используется трансформатор с выводом от средней точки. В случаях, когда нелинейные искажений несущественны (например, в мощных выходных каскадах генераторов для высокочастотного нагрева диэлектрических порошков при прессовании пластмасс и т.п.), применяют резонансные однотактные усилители в режиме В.
3.15. Предусилитель
Многие детекторы выдают очень малые сигналы, которые без предварительного усиления невозможно передать в систему электронной обработки при высоком отношении сигнал/шум. Такие сигналы усиливают на месте их возникновения, т.е. усилитель располагают непосредственно у детектора. Большинство детекторов ядерного излучения выдают на выходе сигнал в виде импульса, полный заряд которого пропорционален энергии ионизирующей частицы или g-кванта, поглощенной в рабочем объеме детектора. Поэтому предусилитель должен интегрировать выходной ток детектора и выдавать импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной заряду (энергии). Такая задача легко решается с помощью операционного усилителя (рис. 3.42). При достаточно большом собственном коэффициенте усиления А амплитуда выходного напряжения
(3.71)
где i - переменная составляющая тока детектора, Q - импульс заряда, пропорциональный энергии детектируемой частицы. Эффективная (миллеровская) динамическая емкость интегрирующего предусилителя А×Со.с. всегда выбирается больше емкости детектора СД. [22]
Выходное напряжение зарядо-чувствителъного предусилителя имеет ступенчатую форму (рис. 3.43,а). Высота ступеньки пропорциональна энергии соответствующей продетектированной частицы. Для того чтобы при высоких скоростях счета не выйти за пределы линейности предусилителя ( Umax на рис. 3.43,а), интегрирующий конденсатор Со.с. шунтируют резистором Rо.с.. Постоянная времени t = Rо.с.Со.с. должна быть больше времени собирания зарядов, но меньше среднего времени ожидания следующего импульса. Тогда выходные импульсы зарядо-чувствительного предусилителя при нормальной загрузке будут иметь вид, как на рис. 3.43,б. Детекторы с малым током утечки можно соединять с предусилителем по постоянному току (рис. 3.44). Напряжение питания детектора подключается через RС-цепочку с большой постоянной времени интегрирования, что обеспечивает медленное изменение напряжения питания детектора при включении и выключении системы. Сопротивление Rо.с., щунтирующее интегрирующий конденсатор Со.с., является источником шума. При крайне жестких требованиях к измерительной системе приходится от этого резистора отказаться. Тогда интегратор должен периодически или после каждого импульса тем или иным способом возвращаться в исходное состояние. На рис. 3,45 показана схема, обеспечивающая разряд интегрирующего конденсатора после каждого импульса.
В настоящее время чаще всего используются усилители со связями по постоянному току. Этим достигается предотвращение дрейфа нулевого уровня при высоких загрузках из-за выбросов противоположной полярности на заднем фронте выходных импульсов. Когда же за интегрирующим предусилителем следует каскад усиления с емкостными связями, то он снабжается схемой компенсации выбросов. Такие схемы будут рассмотрены позднее.
Зарядо-чувствительный предусилитель подсоединяется к основному усилителю обычно через длинный кабель. При этом для обеспечения передачи сигнала без отражений, соединение с кабелем должно быть согласованным. Выходное сопротивление предусилителя очень низкое (Rвых < 1 Ом), поэтому его согласование с волновым сопротивлением кабеля производится через последовательное сопротивление, равное волновому сопротивлению (рис. 3.46).
При подключении к выходу кабеля высокоомного входа основного усилителя выходное напряжение предусилителя полностью передается на вход основного усилителя. Хотя на конце кабеля возникает полное отражение сигнала, отраженный импульс гасится на выходе предусилителя за счет последовательного сопротивления R + Ri = r и повторного отражения в сторону основного усилителя не происходит. В спектрометрических установках высокого разрешения дополнительно включают согласующее сопротивление на выходе кабеля. В этом случае напряжение сигнала ослабляется в отношении 2:1. Во избежание дрейфа коэффициента передачи следует применять термостабильные резисторы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.