Малошумящий усилитель наносекундных импульсов с активной коррекцией

к.т.н., доцент УТОЧКИН Геннадий Васильевич

к.т.н. РОЗОВ Андрей Валентинович

(ООО "Технический центр ЖАиС")

Создание усилителей наносекундных импульсов (например, входных усилителей для наших любимых осциллографов) с низким коэффициентом шума представляет достаточно сложную задачу. Это связано с низким коэффициентом усиления на каскад (6-8 дБ), что приводит к многокаскадным устройствам с увеличенными собственными шумами из-за влияния шумов последующих каскадов. Кроме того, в таких каскадах необходимы сложные схемы коррекции амплитудно-частотных характеристик (АЧХ), причем часто не удается избежать применения индуктивных корректирующих элементов, затрудняющих в дальнейшем интегральное исполнение усилителей. Многокаскадные усилители с количеством каскадов 6-8 конструктивно сложны и в них трудно избавиться от паразитных связей каскадов через цепи питания и от значительного запаздывания сигнала.

На рис. 1 приведена схема усилителя, свободная от перечисленных выше недостатков.

Усилитель выполнен на транзисторах VT1 и VT2, включенных по дифференциальной схеме, и транзисторе VT3, образующем активную нагрузку дифференциального каскада. В отличии от распространенной схемы дифференциального каскада с активной нагрузкой на транзисторе противоположной структуры в представленной схеме в качестве активной нагрузки использован транзистор той же структуры, включенный по схеме с ОК. Такая схема не только упрощает интегральное исполнение усилителя благодаря применению транзисторов одной структуры, но и увеличивает широкополосность в связи с исключением транзисторов p-n-p-типа с пониженной граничной частотой. Кроме этого, в данной схеме значительно проще устанавливается режим по постоянному току транзистора VT3 с помощью резистора R2 без дополнительного диода для стабилизации его коллекторного тока, который всегда равен току транзисторов дифференциального каскада. Изменение резистора R2 в широких пределах не влияет на токи коллекторов, а только изменяет напряжение коллектора транзистора VT3. Схема, приведенная на рис.1 позволяет уменьшить разбаланс токов транзистора VT1 и VT2 из-за незначительной разницы их коллекторных потенциалов, в связи с чем данный усилитель обладает высокой температурной стабильностью.

Рис. 1 Принципиальная схема усилителя

Широкополосность усилителя обеспечивается внутренней высокочастотной коррекцией за счет индуктивной составляющей выходного

импеданса транзистора VT3 и емкостной составляющей транзистора VT2. Кроме того, на высоких частотах при определенном значении сопротивления резистора R5 в выходном импедансе схемы появляется отрицательная составляющая, которая приводит к значительному подъему АЧХ в области высоких частот. Подобный тип коррекции, названной активной и отличающийся высокой эффективностью, не требует использования дополнительных индуктивных и емкостных элементов.

На рис.2 приведены экспериментальные АЧХ усилителя, собранного по схеме рис.1 на транзисторах КТ391А-2 при различных сопротивлениях резистора R5.

Рис.2