高输入阻抗前置放大器
高输入阻抗前置放大器的作用有:
1.实现高阻抗输入,是变送器的输出信号不受变送器内阻变化的影响。
2.抑制变送器输出信号中的共模干扰。
3.把双端输入的信号转换成单端输出,便于与下一级放大器配合。
高输入阻抗前置放大器的电路如图4-4a所示。前置放大器由量值配对的高输入阻抗、低噪声的结型场效应晶体管(3DJ6G)BG1与BG2组成差动放大电路。它是一个对称电路。栅极电阻R1与R2通过电阻R6接地,R3与R4为缘级电阻,起一定的负反馈作用。
为了提高输入级电路的共模抑制比和温度变化补偿能力,除了电路参数应尽量对称外,前置级还采用由晶体管BG3构成的恒流源电路。从前置差动放大器原理可知,共模反馈电阻愈大,则电路的共模一直比就愈大。恒流源电路是交流阻抗很大而直流压降较小的一种电路,它能在较低的电压ED下得到交到的源级共模反馈电阻。从图4-5晶体三极管3BG1Ib所决定,当Ib一定时,只要Uce大于2~3V,Ic就基本上不随Uce变化了,也就是说,c与e之间的动态电阻非常大,一般可到10~100kΩ。图4-4中的BG.就起到这个作用。这里漏极电压用稳压管D2温压后,由电阻R6与R7分压以固定BG3的基极电位Ub3,使Ub3基本上不受温度变化的影响。如果由于温度升高,使ID1与ID2增加时,此时流动BG3的电流Ie3相应增加,R5两端的压降也增加。但由于Ub3为R6、R7分压所固定,Ube3就比以前下降,Ib3也要随之下降,因此起到了一直Ic3上升的作用,也就抑制了ID1与ID2的上升,这样BG1与BG2的输出电压USD1与USD2也几乎不变,它们之间的变化关系为:
当有共模干扰输入时,即两个输入端的输入信号ΔE1与ΔE2大小相等,极性一致,如简化电路图4-4b所示,电流ID1=ID2,Ie3=ID1+ID2,BG1与BG2的输出端USD1和USD2,压降相等,因而无输出。这是因为差动放大器的输出ΔUSD正比于两个输入端信号ΔE1与ΔE2之差,及ΔUSD=Kd(ΔE1-ΔE2).。式中Kd为差动电路的电压放大系数。因此不管共模干扰有多大,ΔE1-ΔE2总是等于ΔUSD/Kd,其共模干扰在输出端是不反映出来的。
由此可见,欲要得到较小的温度漂移和较大的共模抑制比,应适当选择配对管BG1和BG2的参数。
在差动放大电路中,常用“共模抑制比”--CMRR来说明放大器对共模干扰的抑制能力。它的定义是:差动信号的电压放大系数Kd对共模信号的电压放大系数Kc之比值(以dB表示),即:
CMRR=20 lg * Kd/Kc (4-14)
实际上,由于元件、器件的温度系数分散性较大,因此不可能是Kc做到等于0,。电路中的BG1与BG2在场效应晶体管测试仪上用实际工作电流进行挑选配对,条件是只要电路参数尽量对称。经实际测定,差动放大电路的共模一直比CMRR大于60dB。
由差动放大器放大后的信号经输出变压器B3耦合至下一级主放大器的输入端。这里,输出变压器B3除了完成差动放大器的对称馈电外,还起着级间阻抗匹配作用和完成信号从对称输入到不对称(即单端)输出的转换。
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