Таким образом, между точками А и Б схемы образуется отрицательное сопротивление ?o=.Ro.c/[l+(l+/J2i3i)]/i2i32, где ftan . и /г21э2-коэффициенты усиления транзисторов VT1 и VT2 соответственно.

Рис. 2.8. Усилитель с регулировкой коэффициента усиления по входу

Рис. 2.9. Передаточная характеристика усилителя с регулировкой коэффициента усиления по входу

Таким образом, коэффициент усиления схемы Ки, определяемый как отношение Ro/Rbx, носит нелинейный характер. Управление ходом зависимости Ки от входного (выходного) напряжения можно осуществлять изменением Ro.c На рис. 2.9 показаны передаточные характеристики усилителя при трех значениях Ro.c Схема может работать в щироком диапазоне температур с хорошей воспроизводимостью параметров (не хуже 5%)-

При использовании диодов или транзисторов для построения усилителей с елинейной передаточной характеристикой возникает проблема температурной стабилизации точек перегиба, в которых происходит изменение коэффициента усиления. На рис. 2.10 приведена схема нелинейного усилителя, Ки которого практически не зависит от температуры. При малых входных сигналах транзисторы VT2 и VT3 закрыты и коэффициент усиления схемы определяется резисторами Rl и R2. Когда напряжение на выходе усилителя достигает определенного значения, которое задается управляющим яапряжением [/упр, резисторами R3, R4 и в данной схеме равно 2 В, транзистор VT3 насыщается, в результате чего коэффициент усиления уменьшается вдвое. При дальнейшем увеличении выходного напряжения (более 4 В) насыщается транзистор VT2 и коэффициент усилеяия схемы, в этом случае равный отношению сопротивления параллельно соединенных резисторов R2, R4 и R6 к сопротивлению резистора R1, снова уменьшается вдвое.

Температурная стабилизация точек перегиба в этой схеме достигается включением транзисторов VTI и VT4, работающих в

диодном режиме. Транзистор VT4 комшенсируст температурный сдвиг напряжения Эхмиттер - база [/э.б транзисторов VT2 и VT3 в области малых сигналов; при этом падения напряжения а резисторах Ш и R6 совпадают с вых. Когда VT2 и VT3 насыщаются, изменение напряжения э.б этих транзисторов с температурой компенсируется транзистором VT1. В этом случае падения напряжения на резисторах R3 и R5 равны упр.

RJ RB

187,Sk 51k

-\ Rr

I7ij p=-i5g

Rgx = iaK

vrz

VTd 100 k

RZ 100к

fern

ЩУД1

Рис. 2.10. Нелинейный усилитель

Рис. 2.11. Схема управления Kv усилителя дифференциальным каскадом

Для получения хорошей передаточной характеристики предложенную схему не рекомендуется нагружать на ннзкоомную нагрузку, поскольку наличие на выходе транзистора VT4 приводит к значительному увеличению выходного сопротивления усилителя и, следовательно, к дополнительному снижению выходного напряжения. В таких случаях обычно применяют согласующие каскады на выходе схемы.

Регулировка коэффициента усиления схем на ОУ с помощью переменных резисторов представляет собой довольно трудоемкий процесс, обеспечивающий невысокую точность. Поэтому более широкое распространелие получили устройства, в которых коэффициент усиления изменяется элементом, имеющим нелинейную зависимость полного сопротивления от приложенного управляющего напряжения [36-38].

Разновидностью усилителя с коэффициентом усиления, регулируемым аналоговым сигналом, является схема на рис. 2.11, в которой в качестве управляющего нелинейного элемента используется пара согласованных транзисторов VT2 и VT3 в дифференциальном включении. Управление коэффициентом усилителя осуществляется напряжением упр, подаваемым на базу эмиттерного повторителя, сформированного транзистором VT1. Изменение напряжения на эмиттере VTI вызывает изменение тока через резис-

тор 30 кОм и соответственно через резистор R2 в цепи ОС. В результате изменяется коэффициент усиления схемы.

Эта схема имеет высокую линейность, а использование В! цепи базы транзистора VT2 терморезистора Rt позволяет скомпенсировать температурный дрейф Ки в широком диапазоне температур. Использование микросхемы 1НТ591 вместо пары согласованных транзисторов VT2 и VT3 позволит сушественно улучшить характеристики схемы. Корректирующий конденсатор Скор в ОУ подбирается из условия нахождения требуемой верхней граничной частоты.

В литературе описаны два распространенных метода, обеспечивающих автоматическое управление коэффициентом усиления схем [39-42]. При первом методе изменяются малосигнальные-параметры усилительного элемента (например, транзистора) изменением рабочей точки по постоянному току. Этот метод удобен для построения высокодобротных схем, в которых сигнал ограничивается единицами милливольт. При использовании этого метода в низкочастотных цепях с jRC-связями низкий уровень ограничения сигнала по амплитуде и широкая полоса пропускания обеспечивают плохое отношение сигнал-шум. Увеличение амплитуды сигнала вызывает нелинейные искажения, поскольку линейность рабочих характеристик усилительного прибора не может сохраняться при значительном изменении смещения в схемах с jRC-связями.

Второй метод предназначен для низкодобротных схем и основав на применении элементов, полное сопротивление которых изменяется электрическим способом (см. п. 2.1.4). При включении таких элементов в схему обеспечивается управление коэффициентом усиления (происходит требуемое ослабление сигнала). Однако нелинейные характеристики обычно используемых на практике элементов и в этом случае сокращают пределы изменения входного напряжения относительно управляющей точки до 100 мВ.

Таким образом, ни один из указанных методов не решает проблемы достижения малых искажений при высоком отношении сигнал-шум. Однако следует отметить, что при определенных условиях второй метод позволяет достичь лучших характеристик даже в схемах с высокой добротностью.

На основании предыдущих рассуждений можно сформулировать три положения, которыми следует руководствоваться при построении качественных низкодобротных систем с автоматической регулировкой усиления (АРУ): подбирать нелинейный элемент по передаточной характеристике с учетом диапазона изменения полного сопротивления; использовать нелинейный элемент в режиме, в котором вносимые им искажения минимальны; в каждом конкретном случае выбирать такую схему включения элемента, при которой обеспечивается АРУ сигналов большого уровня с минимальными искажениями.

В качестве элементов с электрически изменяемым полным сопротивлением применяются следующие приборы: диоды, варикапы, светоуправляемые резисторы, биполярные и полевые транзисторы