Усилительные устройства, число каналов которых может достигать нескольких десятков, находят применение з системах сбора информации с датчиков в биомедицинской аппаратуре, в тепловизионных сканирующих аппаратах и во многих других областях радиоэлектроники [1-4]
Я представляю на суд читателей многоканальное усилительное устройство с электронным регулированием коэффициента усиления напряжения, отличающееся от предложенных в популярной литературе [5. 6] тем, что в качестве управляемых элементов в нем использованы полупроводниковые диоды [7]. Эти простейшее полупроводниковые приборы по сравнению с более сложными биполярными или полевыми транзисторами, обычно применяемыми в регулируемых звеньях усилительных устройств [8, 9], имеют, как правило, меньший технологический разброс электрических параметров. Применение в описываемом многоканальном усилительном устройстве полупроводниковых диодов в качестве управляемых элементов позволило достичь простыми средствами относительно небольшого разброса коэффициента усиления отдельных каналов при приемлемых для многих практических применений пределах регулирования усиления и уровне нелинейных искажений.
Основные технические характеристики
Число каналов усиления . . .32
Верхнее значение коэффициента усиления напряжения, не менее ...... 1000
Пределы регулирования коэффициента усиления напряжения, дБ, не менее .15
Разброс коэффициента усиления напряжения отдельных каналов относительно среднего значения, °о, не более............... 5
Коэффициент нелинейных искажений, °о, не более . .5
Рабочий частотный интервал, Гц. не менее .....20.. 150 000
Напряжение управления, В 0...5
Напряжение питания, В ..........9
Суммарная потребляемая
мощность Вт не более..........1
Рис. 1
Принципиальная схема усилительного устройства представлена на рис. 1 Оно состоит из одинаковых усилительных каналов А1-А32 и общего для всех каналов блока управления АЗЗ. Регулируют коэффициент усиления каналов резистором R1 "Усиление" Каналы А1-А32 идентичны по схеме, поэтому далее описан только А1
Канал состоит из двух ступеней усиления на ОУ 1DA1 1DA2 Конденсаторы 1С1, 1С2 и 1С4 определяют нижнюю и верхнюю границы частотной полосы пропускания канала соответственно, конденсатор 1СЗ - фильтрующий в цепи питания. Резисторы 1R5, 1R9 задают ток управления операционных усилителей.
Коэффициент усиления первой ступени канала определен отношением сопротивлений резисторов 1R1 и 1R4 Резисторы 1R1 и 1R2 образуют делитель напряжения, который увеличивает допустимое значение постоянной составляющей на входе до 2,5R2/(R1+R2) В препятствуя возможной перемене полярности напряжения на оксидном конденсаторе 1С1. На коэффициент усиления резистор 1R2 практического влияния не оказывает
Регулирование коэффициента усиления канала, которое выполняет вторая ступень на ОУ 1DA2, реализовано путем изменения проводимости диодов 1VD1, 1VD2 при изменении напряжения подаваемого на вход управления (вывод 7 канала). При повышении напряжения на этом входе проводимость диода 1VD2 увеличивается, благодаря чему уменьшается сопротивление цепи 1VD21R7, увеличивается ток через диод 1VD1. В результате проводимость диода 1VD1 возрастает, а сопротивление цепи 1VD11R3 уменьшается
Диод 1VD1 и резистор 1R3 включены в цепь отрицательной ОС, охватывающей ОУ 1DA2, поэтому при уменьшении сопротивления цепи 1VD11R3 коэффициент усиления ступени увеличивается. При уменьшении напряжения на входе управления вышеописанные процессы происходят в обратном направлении и коэффициент усиления напряжения уменьшается.
Рис. 2
На рис. 2 показана зависимость приращения коэффициента усиления напряжения DeltaКи относительно его минимального значения, равного 175 и принятого за нуль, от напряжения управления UNnP, измеренного на среднем по схеме выводе резистора R1 "Усиление".
Блок управления АЗЗ включает в себя источник напряжения смещения, необходимый для обеспечения нормальной работы ОУ каналов в режиме однопо-лярного питания. Источник состоит из ОУ 33DA1 и транзистора 33VT1. С эмиттера буферного транзистора 33VT2 снимается напряжение на входы управления каналов. Узлы блока управления АЗЗ и каналы А1- А32 питаются напряжением +5 В от стабилизатора напряжения 33DA2. К этому же источнику подключен переменный резистор R1 "Усиление".
в усилительном устройстве применены оксидно-полупроводниковые тантало-вые конденсаторы К53-56 и керамические К10-17в. рассчитанные на поверхностный монтаж. Все конденсаторы припаяны к плате со стороны печати. Резисторы - С2-29В и С2-33, резистор R1 "Усиление" - СП4-1а Транзисторы КТ503Б можно заменить любыми кремниевыми п-р-п транзисторами с аналогичными параметрами. Микросхемы 1407УДЗ и 140УД12 можно заменить на К1407УДЗ и К140УД12. 140УД1201 К140УД1201, ,иА776Н соответственно. Вместо КР142ЕН5А можно использовать стабилизатор 7805.
Рис . 3
Каналы А1-А32 и блок управления АЗЗ смонтированы на печатных платах из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1 мм. Чертеж печатной платы канала представлен на рис. 3, а платы блока управления - на рис. 4
Рис. 4
Печатные платы каналов и блока управления помещены в общий металлический корпус, снабженный входным и выходным разъемами. Для обеспечения возможности дистанционного регулирования резистор R1 "Усиление" расположен вне корпуса.
Налаживание каналов и блока управления особенностей не имеет его выполняют по известным методикам. При необходимости подборкой резистора 33R2 добиваются двустороннего симметричного ограничения максимального выходного сигнала каналов А1-А32 Подборкой конденсатора NC4 корректируют амплитудно-частотную характеристику соответствующего канала в области верхних значений частоты
Оценку относительного разброса коэффициента кси усипения напряжения каждого канала выполняют по формуле
кси = (1 - Kg Кигс) 100 %, где К, - коэффициент усиления напряжения канала; KL, р - среднее арифметическое значение коэффициентов усиления напряжения всех каналов. Выравнивают относительный разброс коэффициентов усиления каналов в интервале регулирования подборкой резисторов NR3, NR7 или диодов NVD1, NVD2.
Литература
1. Яричин Е. М., Шурыгин Н. А. Многоканальный усилитель - Приборы и техника эксперимента 1986, № 5. с. 123-125
2 Многоканальный развязывающий усилитель. - Электроника, 1975. № 14, с 83 84
3. Фурман И., Звонарев Е. Логарифмические, программируемые, интегрирующие и управляемые напряжением усилители фирмы Texas Instruments Burn-Brown - Электронные компоненты, 2005, с. 85-89.
4 Макаров А. С, Омелаев А. И., Филиппов В. А. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем - Казань. Унипресс, 1998, с 8-15.
5 Ерицев В., Токарев В., Федоров С. Электронная регулировка усиления. - Радио 1980. №2, с 38
6 Вълнаров Н. Предулсилвател с елект-ронно регулиране на усилването. - Радио, телевизия, електроника. 1981, № 5, с. 28.
7. Синдинский В. Дистанционная регулировка усиления. - Радио, 1968. № 3, с. 40, 41
8. Кистерный Н. Электронный регулятор уровня сигнала - Радио, 1989, № 11, с 49-52.
9 Крейдич С. Регуляторы на полевых транзисторах - Радио, 1980, № 2, с. 35-37.
Автор: О. Ильин, г. Казань