2.11.4. Экспандер на полевом транзисторе

Устройство, принципиальная схема которого приведена на рисунке 2.34 позволяет расширить динамический диапазон входных уровней 40 дБ до 60 дБ на выходе и имеет следующие технические данные.

Минимальное входное напряжение 1 мВ.

Максимальное входное напряжение 100 мВ.

Минимальное выходное напряжение 2,4 мВ.

Максимальное выходное напряжение 2,4 В.

Время срабатывания t_ср 1 мсек.

Время восстановления t_в 0,2 сек.

Неравномерность частотной характеристики в полосе 30 Гц – 15 кГц,≤1 дБ

Рис. 2.34. Схема экспандера на ПТ

Регулировочная характеристики экспандера приведена на рисунке 2.35 (кривая).

Устройство выполнено по схеме с прямой регулировкой по входу. Расширение динамического диапазона осуществляется с помощью полевого транзистора VТ₂ типа КП10ЗЛ, который используется в качестве сопротивления, управляемого напряжением.

Рис. 2.35. Зависимости выходных динамических диапазонов

D_ВЫХ от входного D_ВХ

Для осуществления автоматической регулировки коэффициента передачи на ПТ VТ₂ подается с нагрузки двухполупериодного выпрямителя регулирующего напряжение U_РЕГ. Кроме того, транзистором VТ₂ управляет напряжение U_0­, образующее на резисторе R₇. Это напряжение является запирающим для ПТ и служит для установки рабочей точки. Выбором последнего можно добиться такого режима работы схемы, что при сигналах, меньше минимального полезного, она была заперта. Тогда все помехи во время отсутствия полезного сигнала не будут прослушиваться на выходе. Таким образом, устройство может выполнять функции шумоподавителя.

При увеличении входного уровня растет регулирующее напряжение, которое включено «навстречу» постоянному смещению, напряжению на сопротивлении R₇. Управляющее напряжение между истоком и затвором уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления канала VТ₂ и, следовательно, к увеличению коэффициента передачи схемы.

В экспандере использован регулятор усиления потенциометрического типа с последовательным включением ПТ VТ₂, коэффициент передачи которого примерно равен:

(2.81)

где , .

Схема не критична к выбору транзисторов. Вместо полевых транзисторов КП10ЗЛ можно использовать транзисторы КП101, КП102 и КП103 любых групп. Требуемый диапазон расширения устанавливается с помощью резистора R. Дополнительное расширение динамического уровня можно получить, используя в устройстве ПТ с более высокой чувствительностью, чем КП103Л. (см. таблицу 3.2). При этом регулировочная характеристика может иметь вид кривой б на рисунке 2.35. С точки зрения нелинейных искажений целесообразно выбирать ПТ с высоким напряжением отсечки.

Вследствие близости характеристики G = f(U_ЗИ) для ПТ КП103 к линейной (см. рисунок 2.10), коэффициент нелинейных искажений, выносимый регулятором, примененным в схеме рисунка 2.34 можно рассчитать, учитывая лишь вторую гармонику выходного тока. Тогда, с учетом выражения (2.27) и того обстоятельства, что к каналу ПТ прикладывается лишь часть напряжения сигнала, коэффициент нелинейных искажений составит:

, (2.82)

где .

В рассматриваемом устройстве нетрудно получить нелинейные искажения менее 1%. Это объясняется тем, что в области максимальной нелинейности ПТ (вблизи напряжения отсечки) к каналу последнего прикладывается минимальное напряжение сигнала.

Основное достоинство экспандера на ПТ заключается в том, что через канал не протекает постоянная составляющая тока, а следовательно, не происходит и изменения постоянной составляющей при регулировке. Это позволяет создать простую схему расширителя динамического диапазона, свободную от недостатков схем на электронных лампах и биполярных транзисторах, а именно: щелчков, колебательных и т.п.