КАБЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НЧ Российский патент 1999 года по МПК H04B3/36 H03F3/42 H03F1/22 

Предлагаемый кабельный усилитель НЧ может быть использован в аппаратуре инфразвукового, звукового и ультразвукового диапазонов частот в акустике и гидроакустике, когда необходимо отнести точку приема от основной аппаратуры на расстояние от нескольких десятков метров до нескольких сотен метров. Так же может использоваться как микрофонный усилитель.

Известен усилитель (У. Титце, К. Шенк, Полупроводниковая схемотехника, Москва, Мир, 1983 г., стр. 38), в котором транзистор включен по схеме с общей базой, где база подключена к источнику напряжения, входной сигнал подается на эмиттер, выходной снимается с коллектора, к которому подключен резистор нагрузки.

Недостатком данного устройства является то, что входное сопротивление его мало, кроме того, выходное сопротивление будет определяться сопротивлением нагрузки, что ограничивает диапазон рабочих частот.

Известно устройство кабельного усилителя НЧ (В.И. Горшков, Радиоэлектронные устройства, Радио и связь, стр. 136, рис. 4.71), содержащий: усилительный элемент, кабель и резистор нагрузки, при этом коллектор усилительного элемента подключен через кабель к сопротивлению нагрузки.

Недостатком этого устройства является узкий диапазон частот в силу того, что кабель относительно большой емкости подключен к относительно большому резистору нагрузки.

Известно устройство - источник тока (У. Титце, К. Шенк, Полупроводниковая схемотехника, Мир, стр. 174, 1983, рис. 12.11а), содержащее операционный усилитель, транзистор и первый резистор, причем база транзистора подключена к выходу операционного усилителя, эмиттер - к инверсному входу и первому выводу первого резистора.

Недостатком данного устройства является узкий диапазон частот, что обусловлено подключением кабеля к относительно большому резистору нагрузки.

Цель изобретения - снижение амплитудно-частотных и фазочастотных искажений входного сигнала и снижение уровня находящихся напряжений на кабеле.

На фиг. 1, 2, 3 представлены принципиальные электрические схемы кабельного усилителя НЧ с различным выполнением выходного каскада усилителя.

Кабельный усилитель НЧ содержит резисторы - первый 9, второй 7, третий 4, четвертый 14, пятый 3, шестой 1, седьмой 2 и восьмой 13, конденсатор 5, первый стабилитрон 12, второй стабилитрон 10, транзисторы - первый 8 и второй 11, операционный усилитель 6, а также третий полевой транзистор 15.

Кабельный усилитель НЧ работает следующим образом.

Кабельный усилитель НЧ, электрическая схема которого представлена на фиг. 1, состоит из двух частей, предварительного усилителя и основного усилителя, соединенных между собой кабелем.

Предварительный усилитель по переменному току представляет собой "генератор тока", построенный на операционном усилителе 6 и первом транзисторе позиции 8. Резисторы 1, 2 и стабилитрон 10 обеспечивают смещение операционного усилителя 6, а конденсатор 5 развязку по переменной составляющей. Коэффициент усиления предварительного усилителя определяется резисторами 7 и 4. Резистор 9 служит нагрузкой транзистора 8.

Основной усилитель представляет собой каскад с общей базой, построенный на транзисторе 11, нагрузкой которого является резистор 14.

Смещение на базу этого транзистора обеспечивается стабилитроном 12 и генератором тока (ограничителем тока) в продольной цепи, в качестве которого используется либо резистор 13, либо генератор тока, построенный по известной схеме на полевом транзисторе 15 с каналом одного типа и резисторе 13, Фиг. 2, либо на полевом транзисторе 15 с каналом другого типа и резисторе 13 фиг. 3.

В предполагаемом кабельном усилителе НЧ подводная часть представляет собой "генератор тока", который через жилу кабеля нагружен малым дифференциальным сопротивлением каскада с общей базой в надводной части. В результате расширяется полоса рабочих частот. Кроме того, в силу такой передачи сигнала, омическое сопротивление кабеля практически не влияет на общий коэффициент передачи. Данный кабельный усилитель НЧ можно рассматривать как генератор тока с короткозамкнутой нагрузкой.

Кабельный усилитель НЧ может быть использован при приеме и измерении в инфразвуковом и звуковом диапазонах частоты в акустике и гидроакустике, когда необходимо отнести точку приема от контрольной аппаратуры на расстояние от нескольких десятков до нескольких сотен метров с максимально возможным сохранением частотной и фазовой характеристик. Также может использоваться как микрофонный усилитель, работающий с одножильным экранированным кабелем, через который передаются и сигнал, и питание. Кабельный усилитель НЧ построен как генератор тока, нагруженный через кабель короткозамкнутой нагрузкой. Технический результат: расширяется частотный диапазон за счет токовой передачи сигнала и коэффициент передачи усилителя практически не зависит от омического сопротивления кабеля. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Кабельный усилитель НЧ, содержащий операционный усилитель, первый транзистор, первый и второй резисторы, причем база первого транзистора подключена к выходу операционного усилителя, эмиттер подключен к первому выводу первого резистора, отличающийся тем, что введены второй транзистор, коллектор которого является выходом кабельного усилителя НЧ, источник опорного напряжения, выполненный на первом стабилитроне, первый вывод которого соединен с отрицательным выводом источника питания, с положительным выводом которого соединен второй вывод первого стабилитрона через генератор постоянного тока, причем второй вывод первого стабилитрона соединен с базой второго транзистора, а также введены второй стабилитрон, третий - седьмой резисторы и конденсатор, причем эмиттер первого транзистора через второй резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого является входом кабельного усилителя НЧ, а второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго стабилитрона, неинвертирующий вход операционного усилителя через пятый резистор соединен с первыми выводами шестого и седьмого резисторов и конденсатора, при этом вторые выводы второго стабилитрона, седьмого резистора, конденсатора
и вывод питания операционного усилителя для отрицательного напряжения соединены и являются выводом для подключения жилы-экрана первой стороны кабеля, второй вывод шестого резистора, вывод питания операционного усилителя для положительного напряжения и коллектор первого транзистора соединены и являются выводом для подключения центральной жилы первой стороны кабеля, коллектор второго транзистора через четвертый резистор подключен к положительному выводу источника питания, а эмиттер является выводом для подключения центральной жилы второй стороны кабеля, отрицательный вывод источника напряжения является выводом для подключения жилы-экрана второй стороны кабеля. 2. Кабельный усилитель НЧ по п.1, отличающийся тем, что генератор постоянного тока источника опорного напряжения выполнен на восьмом резисторе. 3. Кабельный усилитель НЧ по п.1, отличающийся тем, что генератор постоянного тока источника опорного напряжения выполнен на восьмом резисторе и полевом транзисторе, затвор которого подключен к первому выводу восьмого резистора и второму выводу первого стабилитрона, исток - к второму выводу восьмого резистора, а сток является соответствующим выводом источника опорного напряжения и подключен к положительному выводу источника питания. 4. Кабельный усилитель НЧ по п.1, отличающийся тем, что генератор постоянного тока источника опорного напряжения выполнен на восьмом резисторе и полевом транзисторе, сток которого соединен с вторым выводом первого стабилитрона, исток - с первым выводом, а затвор - с вторым выводом восьмого резистора, который является соответствующим выводом источника опорного напряжения и подключен к положительному выводу источника питания. 5. Кабельный усилитель НЧ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что первый и/или второй транзисторы составные. 6. Кабельный усилитель НЧ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что первый и/или второй транзисторы полевые.