МИКРОСХЕМЫ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ АППАРАТУРЫ РАДИОСВЯЗИ И РАДИОВЕЩАНИЯ

Таблица 2.5

Рис. 2.18. Микросхемы серии К122

Микросхемы серий КИ8, К122 и К722 для линейных и порого­вых устройств.Серии КИ8, К122 и К722 близки по составу и раз­личаются конструктивным оформлением микросхем. Для этих серий характерна универсальность входящих в их состав микросхем. Рас­смотрим схемотехнические особенности некоторых из них.

Микросхема К122УД1 является однокаскадным дифференциаль­ным усилителем постоянного тока, принципиальная схема которого показана на рис. 2.18,а.

Основу усилителя составляют транзисторы Т_} и Т₂ с идентич­ными параметрами. Совместно с равными по сопротивлению рези­сторами Ri и Ri эти транзисторы образуют сбалансированную мо­стовую схему. В идеальном случае напряжение на диагонали моста между выводами 5 и 9 при отсутствии входного сигнала должно быть равно нулю.

Одно из важнейших достоинств дифференциальных усилителей заключается в том, что балансировка моста не нарушается и в слу­чае синфазного воздействия на выводы 4 и 10. Обычно появление синфазного сигнала объясняется наличием наводок или других помех. Они вызывают одинаковые по амплитуде и фазе изменения напряжений на входах обоих транзисторов, а следовательно, и иден­тичные изменения токов через них. В результате напряжение меж­ду выводами 5 и 9 не претерпевает изменений, что свидетельствует о подавлении синфазной помехи.

Полезный сигнал обычно подается на дифференциальный вход между базовыми выводами транзисторов Т_} и Т₂. В этом случае входные сигналы обоих транзисторов равны по амплитуде и про­тивоположны по фазе. Изменение тока коллектора одного из тран­зисторов сопровождается противофазным изменением тока второго транзистора. Как следствие, появляется и меняется в соответствии с сигналом разность напряжений между коллекторами транзисторов дифференциальной пары (выводы 5 и 9).

Кроме работы на симметричный выход микросхема К122УД1 может использоваться и с несимметричным выходом. При этом несколько ухудшается подавление синфазной помехи.

Важным элементом большинства интегральных дифференци­альных усилителей является токостабилизирующий двухполюсник (генератор то-ка), подобный тому, который выполнен в рассматри­ваемой микросхеме на транзисторе Т₃ и включен в общую эмит-терную цепь транзисторов Т₁ и Т₂. Двухполюсник играет важную роль в обеспечении подавления синфазной помехи и заменяет вы-сокоомный резистор, создание которого в полупроводниковых ми­кросхемах вызывает ряд затруднений.

Если токостабилизирующий двухполюсник идеален, т. е. имеет бесконечное дифференциальное сопротивление, то воздействие син­фазной помехи вызывает только приращение потенциала эмиттеров Транзисторов TI и Т₂. При этом токи и потенциалы их коллекторов не изменяются. Если же токостабилизирующий двухполюсник не идеален, то приращение потенциала эмиттеров транзисторов TI и Т₂ сопровождается приращением токов и потенциалов их коллек­торов, т. е. появлением синфазной составляющей на выходе уси­лителя. При некоторой несимметрии плеч дифференциальной пары это приведет и к возникновению паразитной дифференциальной составляющей выходного напряжения. Таким образом, внутреннее дифференциальное сопротивление токостабилизирующего двухпо­люсника должно быть как можно больше.

Режим транзистора токостабилизирующего элемента опреде­ляется резистором R₃ и делителем базового смещения, образован­ным резисторами R₆, R4 и R₅, а также транзистором Т₄ в диодном включении. Транзистор T₄ применен для стабилизации тока тран­зистора Т₃ при изменении температуры.

Изменением потенциала на базе транзистора Т₃ (для этого можно использовать выводы 8, 11 или 12) достигают изменения динамического диапазона усилителя, а также входного сопротив­ления.

Микросхему К122УД1 выпускают в трех модификациях (А, Б и В). Они различаются по значению питающего напряжения (±4В±10% и ±6,ЗВ±10%), минимальному коэффициенту уси­ления (15 и 24), входному сопротивлению (6 и 3 кОм), входному току (10 -и 20 мкА) и по другим параметрам.

Микросхема К122УН1 (рис. 2.18,6) — двухкаскадный усилитель переменного тока. Ее выпускают в пяти модификациях, различаю­щихся напряжением питания (6,3 В±10% и 12,6 В±10%), ми­нимальным коэффициентом усиления (от 250 до 800 на частоте 12 кГц и от 30 до 50 на частоте 5 МГц) и постоянным напряже­нием на выходе (2,4 — 3,8 В для модификаций А и Б, 7,0 — 9,6 В для остальных). Входное сопротивление 2, выходное сопротивление 1,2 — 3 кОм.

Каскад на транзисторе Т₁ выполнен по схеме ОЭ. Транзистор Т₂ может быть использован как в схеме ОЭ, так и в схеме ОК. Через резисторы Rt и Ra транзисторы охвачены отрицательной обратной связью, определяющей и стабилизирующей режимы по постоянному току. Для устранения обратной связи по переменному току достаточно подключить конденсатор большой емкости к вы­водам 5 или 11. Выводы 3 и 11 используют для соединения ми­кросхемы с резистивными или емкостными элементами, меняющими или полностью устраняющими последовательную обратную связь в каждом каскаде, реализующими новые цепи обратной связи позволяющими регулировать режим транзисторов по постоянному току и т. д. Вывод 10 предусмотрен для подключения фильтрующих или корректирующих конденсаторов.

В зависимости от схемы включения транзистора Т₂ роль на­грузки могут выполнять резисторы R₇ (в схеме ОК) или R₅ (в схе­ме ОЭ), а также внешние элементы.

Микросхема К122УН2 (рис. 2.18,е) представляет собой трех-каскадный усилитель с каскодным соединением транзисторов Г₂ и Т₃. Включенный по схеме ОЭ транзистор T₁ охвачен обратной связью по напряжению через резистор R_1.

Транзистор T₁ может служить для усиления или для создания необходимого режима работы транзисторов Т₂ и Т₃ по постоянному току. Вывод 4 можно использовать для подачи сигнала, если для усиления использовать только транзисторы Т₃ и Т₂, или для под­ключения цепи АРУ. В последнем случае благодаря наличию в схе­ме резистора R₄ изменение регулирующего напряжения не окажет заметного влияния на входное сопротивление усилителя и на фор­му его частотной характеристики. Подключением к выводу 11 кон­денсатора большой емкости обеспечивают заземление базы тран­зистора Т₃ по переменной составляющей.

Микросхема может использоваться как с внутренней нагрузкой (резистор Rs), так и с различными по характеру внешними на­грузками, включаемыми между выводами 7 и 9.

Выпускают три модификации (А, Б, и В) микросхемы К122УН2 с коэффициентом усиления на частоте 12 кГц не менее 15, 25 и 40 и напряжением питания 4 В±10% (А) или 6,3 В ±10% (Б, В). ~

Серии КН8 и К722 содержат кроме усилительных микросхем видеоусилитель и триггер Шмитта, выпускаемые в нескольких мо­дификациях.

Видеоусилители обеспечивают напряжение на выходе 55 или 11 В при коэффициенте усиления на частоте 12 кГц от 900 до 2000. Напряжение питания 6,3 В ±10% или 12,6 В +10 %

Модификации триггера Шмитта различаются по питающему напряжению (±3 В ±10%, ±4 В ±10%, ±6,3 В ±10%) пи входному току (20 и 40 мкА), а также по уровням входного и выходного напряжений.

Микросхемы серий КП9, К218 и К228 для линейных и им­пульсных устройств. Серия микросхем КН9 включает в себя два усилителя НЧ с коэффициентом усиления 2 — 5 (КН9УН1) и 7—13 (КП9УН2) на частоте 10 кГц и с верхней граничной частотой 100 кГц; дифференциальный усилитель (К119УТ1) с коэффициен­том усиления 3 — 5 и рабочим диапазоном частот 5 Гц—200 кГш эмиттерный повторитель КИ9УЕ1, обеспечивающий на частоте 1 кГц коэффициент передачи не менее 0,7; видеоусилитель КП9УИ1 для усиления импульсов отрицательной полярности с длительно­стью от 0,3 до 500 мкс, имеющий на частоте 10 кГц коэффициент передачи 4 — 10; мультивибратор с самовозбуждением КП9ГП вырабатывающий импульсы с длительностью 7 — 25 икс и с ампли­тудой не менее 1,2 В; регулирующий элемент АРУ КН9МА1 с ко­эффициентом ослабления 2 — 8; детектор АРУ К119ДА1 с рабочим диапазоном частот 5 Гц — 40 кГц и с коэффициентом передачи на частоте 10 кГц не менее 0,6; линейный пропускатель КН9СВ1 с коэффициентом передачи не менее 0,65; чувствительный триггер Шмитта КН9ТЛ1 с порогами срабатывания и отпускания 0±0,1 В, а также коммутатор КН9КП1, активные элементы схем частотной селекции КН9СС1 и КН9СС2, диодный мост К119ПП1 и элемент блокинг-генератора КН9АГ1.

Для питания микросхем серии используются напряжения ±3, ±6,3, 12В с допуском ±10 %.

Серия К218 состоит из трех импульсных усилителей (К218УИ1 — К218УИЗ), усиливающих импульсы любой полярности длительностью 0,3 — 500 мкс с коэффициентом передачи не менее 3; двух эмиттерных повторителей К218УЕ1 и К.218УЕ2 (положитель­ной полярности и биполярного), предназначенных для передачи импульсов длительностью 0,3 — 1,5 мкс с коэффициентом передачи более 0,8; усилителя ПЧ К218УР1 с частотным диапазоном 22,5 — 37,5 МГц и с коэффициентом усиления не менее 7; автоко­лебательного мультивибратора К218ГГ1 с амплитудой выходных импульсов более 3 В при частоте следования от 50 Гц до 0,6 МГц; ждущего мультивибратора К218АГ1, работающего при амплитуде входных импульсов 2,5 — 6 В (отрицательной полярности), следую­щих с частотой менее 250 кГц; детектора радиоимпульсов К218ДА1 с линейным участком амплитудной характеристики не менее 400 мВ и с коэффициентом передачи на несущей частоте 30 МГц от 0,5 до 1; триггера с комбинированным запуском К218ТК1. Напряжение питания микросхем серии К218 6,3 В ±10 %.

Серия К228 существенно дополняет серию К218.

Микросхемы этих серий согласованы по стыковочным парамет­рам и напряжению питания. Они имеют единое конструктивное оформление.

В состав серии К228 входят: три усилителя (универсальный К228УВ1, каскодный К228УВЗ и регулируемый К228УВ2) с верх­ней граничной частотой 60 МГц и с крутизной характеристики на этой частоте не менее 7,5 мА/В (причем регулируемый усилитель обеспечивает возможность изменения крутизны в пределах 40 дБ); балансный усилитель К228УВ4 с крутизной вольт-амперной харак­теристики более 5 мА/В на частоте 5 МГц, обеспечивающий раз­баланс на выходе менее 3 дБ; устройство сравнения токов К228СА1 с током срабатывания не более 20 мкА; диодный ключ К228КН1, обеспечивающий отношение выходных напряжений в со­стояниях «Открыто» и «Закрыто» не менее 100; два диодно-рези-сторных декодирующих преобразователя К228ПП1 и К228ПП2 с управляющими напряжениями +1 и — 1 В, а также комбиниро­ванная диодно-резистивная матрица К228НК1 и конденсаторная сборка К228НЕ1 из пяти конденсаторов по 12000 пФ.

Для питания микросхем серии К228 используется напряжение ±6,3 В ±10%.

Микросхемы прерывателей и ключей. Серии К101, К124, К162, К743 составлены из микросхем, предназначенных преимущественно для коммутации слабых сигналов постоянного и переменного то­ков. В качестве прерывателей они применяются в разрядных клю­чах, преобразователях код-аналог, аналог-код и т. д.

Каждая микросхема представляет собой два идентичных n-p-n (К101, К743) или р-n-р (К124, К162) транзистора, объединенных в последовательный структурно-компенсированный ключ Как по­казано на примере микросхемы К101КТ1 (рис. 2.19), коммутируе­мую цепь подключают к эмиттерным выводам транзисторов (вы воды 3 и 7), а управляющий сигнал подают между коллекторами и базами обоих транзисторов.

 

Рис. 2.19. Микросхема К101КТ1 (а) и варианты ее использования: прерыватель (б), модулятор (в), составной транзистор (г)

 

На практике необходимо, чтобы транзисторный ключ имел воз­можно меньшее значение остаточного напряжения. В микросхемах рассматриваемых серий это достигается, во-первых, в результате выполнения транзисторов в едином технологическом цикле с иден­тичными параметрами, а во-вторых, в результате инверсного вклю чения транзисторов. Остаточные напряжения обоих транзисторов направлены встречно, взаимно компенсируясь, что и позволяет ком­мутировать весьма слабые сигналы.

Дополнительная регулировка остаточного напряжения возмож на с помощью переменного резистора, включаемого в колчекторную цепь. Такая схема может найти применение даже в высококаче­ственных ключах эталонных напряжений. При этом следует пом­нить, что чем больше регулировочное сопротивление, тем уже диа­пазон переключаемых токов, в котором проявляются достоинства схемы.

Микросхемы прерывателей находят применение и в других электронных устройствах.

В табл. 2.5 приведены основные параметры интегральных пре­рывателей.

 

Микросхема	Uээ.ост, мкВ	Iээ.ут, нА	Rээ. Ом	Uкб.обр,	Uэб.обр, В	Тип проводи­мости
К101КТ1А				3,5	6,5	n-р-n
К101КТ1Б				3,5	6,5	n-р-n
К101КТ1В				3,5	3,5	n-р-n
К.101КТ1Г				3,5	3,5	n-р-n
К124КТ1				—		р-n-р
K162KTIA						р-n-р
К162КТ1Б						р-n-р
K743KTIA				3,5	6,5	n-р-n
К743КТ1Б				3,5	6,5	n-р-n
К743КТ1В				3,5	3,5	n-р-n
К743КТ1Г				3,5	3,5	n-р-n

 

Серия 249 состоит из одной микросхемы 2КЭ491, выпускаемой в четырех модификациях (А — Г). Микросхема содержит два опто-электронных ключа (рис. 2.20,а). Каждый из ключей состоит из светодиода и фототранзистора. Особенности таких устройств — гальваническая развязка входной и выходной цепей и однонаправленность передачи сигналов. Для подобных оптоэлектронных ключей характерно сопротивление изоляции, превышающее 10⁸ — 10¹⁴ Ом. Практически идеальная развязка обеспечивает ряд воз­можностей, не реализуемых в чисто электронных устройствах. Например, с помощью низких напряжений можно управлять вы­соковольтными цепями, можно связать цепи, работающие из раз-личных частотах, и т. д. Применение оптоэлектронных ключей способствует значительному улучшению помехозащищенности устройств, так как оптические связи разрывают цепи проникно­вения помех. Еще одно достоинство оптоэлектронных ключей — возможность их совместной работы практически со всеми логиче­скими микросхемами.

Ключ на микросхеме 2КЭ491 может работать на двухпровод­ную линию (в режиме «оторванной» базы). Если необходимо обес­печить высокое быстродействие, такой режим неприемлем и це­лесообразно включить резистор параллельно эмиттерному переходу.

Это приведет к уменьшению времени рассасывания заряда в базе фототранзистора при выходе из режима насыщения. Например, подключение резистора с сопротивлением 3,9 кОм сокращает время выключения вдвое.

Коэффициент передачи тока любого из ключей не менее 0,5 для микросхем модификаций А и В и не менее 0,3 для микросхем Модификаций Б и Г.

Рис. 2.20. Оптоэлектронный ключ (а) и зависимости его па­раметров от температуры (б)

 

Время нарастания и спада с учетом времени задержки не бо­лее 3 мкс при нагрузке 100 Ом. Напряжение насыщения фото­транзистора не более 0,3 В при коллекторном токе 3 мА для ми­кросхем модификаций А и В и при коллекторном токе 2 мА—для остальных. Напряжение на светодиоде 1,1 — 1,3 В при прямом токе 10 мА. Проходная емкость менее 5 пФ. У оптоэлектронных ключей 2КЭ491 максимальное остаточное напряжение на отдельном фото­транзисторе не превышает 1 мВ. Это позволяет при встречно-па­раллельном включении получать остаточное напряжение менее 0,2 мВ.

Импульсные характеристики оптоэлектронных ключей сущест­венно зависят от температуры. На рис. 2.20,6 показаны темпера­турные зависимости времени задержки нарастания выходного тока (кривая 1), времени нарастания импульса тока (кривая 2), време­ни задержки спада импульса тока (кривая 3) и времени спада импульса тока (кривая 4).

Микросхему 2КЭ491 применяют преимущественно в качестве прерывателя. Кроме того, она может быть использована для моду­ляции аналоговых сигналов, для управления мощными транзисто­рами и т. д. Фототранзисторы микросхемы можно включить по схеме составного транзистора и обеспечить коэффициент усиления тока до 100.

Большие перспективы открывает применение пар «светодиод—фототранзистор» в дифференциальных усилителях. В [1] показа­но, что в таком усилителе коэффициент подавления синфазной помехи достигает 2?0 дБ.

 

 

Наряду с функционально полными сериями микросхем для РЭА промышленность выпускает ограниченные по составу серии для отдельных трактов или узлов. Это серии К123, К129, К148 К167 К177, К198, К226, К260, К265, К284, К504.

Серия К123 объединяет три модификации микросхемы К123УН1. Полоса пропускания усилителей НЧ, выполненных на основе этой микросхемы, составляет 0,02 — 100 кГц. На частоте 1 кГц при выходном напряжении 0,5 В микросхемы модификаций А, Б, В имеют соответственно коэффициент усиления 300 — 500 100 — 350 и 30 — 500. При этом коэффициент нелинейных искажений у микросхем К123УН1А и К123УН1Б не более 2 %, а у микросхе­мы К123УН1В не более 5%. Входное сопротивление 10 кОм, вы­ходное сопротивление 200 Ом. Напряжение питания 6,3 В ±10%, потребляемая мощность не более 100 мВт.

Серия К129 состоит из микросхем, являющихся наборами би­полярных транзисторов.

Восемь модификаций бескорпусной микросхемы К129НТ1 пред­ставляют собой пары идентичных n-р-n транзисторов и используются в качестве активных элементов в широкополосных балансных схе­мах, например в дифференциальных или операционных усилителях. По коэффициенту передачи тока транзисторы подразделяются на четыре группы (20 — 80, 40 — 160, 60 — 180 и более 80), а по разно­сти прямых падений напряжения эмиттер — база на две группы. Максимальное напряжение коллектор — база не более 15 В, об­ратный ток коллектора не более 200 нА. Допустимая рассеиваемая мощность не более 15 мВт.

Шесть модификаций таких же пар транзисторов выпускаются в металлостеклянных корпусах и объединяются в серию К159. Ми­кросхемы этой серии отличаются более высокой допустимой рас­сеиваемой мощностью (50 мВт).

Серия К148 состоит из двух усилителей мощности НЧ. Усили­тель на микросхеме К148УН1 работает в диапазоне 30 — 20000 Гц с коэффициентом усиления напряжения 100 — 200. При выходной мощности 1 Вт коэффициент гармоник не более 2,5%. Напряжение питания ±12 В ±10% или 24 В ±10% при токе потребления не более 25 мА. Пример усилителя НЧ на микросхеме К148УН1 приведен на рис. 2.21.

Усилитель на микросхеме К148УН2 предназначен для работы в диапазоне 100 — 20000 Гц с коэффициентом усиления 10 — 30. При выходной мощности 0,8 Вт коэффициент гармоник не более 2 %. Напряжение питания 9 В ±10% при токе потребления не более 10 мА.

Более мощные усилители входят в состав серий К174, К224.

Серия K167 включает в себя два усилителя НЧ, выполненных на полевых транзисторах (рис. 2.22).

Усилитель НЧ на микросхеме К167УН1 обеспечивает коэффи­циент усиления по напряжению не менее 500 — 1300 при коэффи­циенте шума 6,5 дБ и коэффициенте гармоник не более 5 %. Вход­ная емкость не более 80 пФ, а выходное сопротивление не более 20 кОм.

Микросхему К167УНЗ используют как предварительный уси­литель НЧ с коэффициентом усиления 100 — 150. Входная ем­кость не более 300 пФ, выходное сопротивление не более 2,5 кОм.

Рис. 2.21. Усилитель мощности (1 Вт)