高輸入阻抗前置放大器
高輸入阻抗前置放大器的作用有:
1.實現高阻抗輸入,是變送器的輸出信號不受變送器內阻變化的影響。
2.抑制變送器輸出信號中的共模干擾。
3.把雙端輸入的信號轉換成單端輸出,便于與下一級放大器配合。
高輸入阻抗前置放大器的電路如圖4-4a所示。前置放大器由量值配對的高輸入阻抗、低噪聲的結型場效應晶體管(3DJ6G)BG1與BG2組成差動放大電路。它是一個對稱電路。柵極電阻R1與R2通過電阻R6接地,R3與R4為緣級電阻,起一定的負反饋作用。
為了提高輸入級電路的共模抑制比和溫度變化補償能力,除了電路參數應盡量對稱外,前置級還采用由晶體管BG3構成的恒流源電路。從前置差動放大器原理可知,共模反饋電阻愈大,則電路的共模一直比就愈大。恒流源電路是交流阻抗很大而直流壓降較小的一種電路,它能在較低的電壓ED下得到交到的源級共模反饋電阻。從圖4-5晶體三極管3BG1Ib所決定,當Ib一定時,只要Uce大于2~3V,Ic就基本上不隨Uce變化了,也就是說,c與e之間的動態電阻非常大,一般可到10~100kΩ。圖4-4中的BG.就起到這個作用。這里漏極電壓用穩壓管D2溫壓后,由電阻R6與R7分壓以固定BG3的基極電位Ub3,使Ub3基本上不受溫度變化的影響。如果由于溫度升高,使ID1與ID2增加時,此時流動BG3的電流Ie3相應增加,R5兩端的壓降也增加。但由于Ub3為R6、R7分壓所固定,Ube3就比以前下降,Ib3也要隨之下降,因此起到了一直Ic3上升的作用,也就抑制了ID1與ID2的上升,這樣BG1與BG2的輸出電壓USD1與USD2也幾乎不變,它們之間的變化關系為:
當有共模干擾輸入時,即兩個輸入端的輸入信號ΔE1與ΔE2大小相等,極性一致,如簡化電路圖4-4b所示,電流ID1=ID2,Ie3=ID1+ID2,BG1與BG2的輸出端USD1和USD2,壓降相等,因而無輸出。這是因為差動放大器的輸出ΔUSD正比于兩個輸入端信號ΔE1與ΔE2之差,及ΔUSD=Kd(ΔE1-ΔE2).。式中Kd為差動電路的電壓放大系數。因此不管共模干擾有多大,ΔE1-ΔE2總是等于ΔUSD/Kd,其共模干擾在輸出端是不反映出來的。
由此可見,欲要得到較小的溫度漂移和較大的共模抑制比,應適當選擇配對管BG1和BG2的參數。
在差動放大電路中,常用“共模抑制比”--CMRR來說明放大器對共模干擾的抑制能力。它的定義是:差動信號的電壓放大系數Kd對共模信號的電壓放大系數Kc之比值(以dB表示),即:
CMRR=20 lg * Kd/Kc (4-14)
實際上,由于元件、器件的溫度系數分散性較大,因此不可能是Kc做到等于0,。電路中的BG1與BG2在場效應晶體管測試儀上用實際工作電流進行挑選配對,條件是只要電路參數盡量對稱。經實際測定,差動放大電路的共模一直比CMRR大于60dB。
由差動放大器放大后的信號經輸出變壓器B3耦合至下一級主放大器的輸入端。這里,輸出變壓器B3除了完成差動放大器的對稱饋電外,還起著級間阻抗匹配作用和完成信號從對稱輸入到不對稱(即單端)輸出的轉換。
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