УСИЛИТЕЛЬ ТОКА Российский патент 1996 года по МПК H03F3/343 H03F3/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительной технике, технике связи, вычислительной технике.

Известен усилитель тока, содержащий соединенные последовательно первый и второй транзисторы в диодном включении, образующие совместно с генератором постоянного тока источник напряжения смещения, подаваемого на базу третьего транзистора, коллектор которого является выходом усилителя тока, а эмиттер соединен с коллектором четвертого транзистора и первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с базой четвертого транзистора и является входом усилителя тока [1]
Также известен усилитель тока, содержащий первый и второй транзисторы, базы и коллекторы которых подключены к входу усилителя и базе третьего транзистора, коллектор которого является выходом усилителя, а эмиттер соединен с коллектором четвертого транзистора, база которого соединена с эмиттером второго транзистора и коллектором пятого транзистора, база которого соединена с эмиттером первого транзистора и коллектором и базой шестого транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттерами четвертого и пятого транзисторов и общей шиной [2]
Общим недостатком данных усилителей является повышенное входное сопротивление, что снижает их быстродействие, а также низкая экономичность вследствие того, что потребление тока цепями смещения сравнимо с потреблением тока усилительными транзисторами.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является усилитель тока, содержащий первый транзистор, эмиттер которого является входом усилителя тока и соединен с выходом первого генератора тока и базой второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а коллектор к базам первого и третьего транзисторов и выходу второго генератора тока, четвертый транзистор, база которого соединена с эмиттером третьего транзистора и выходом третьего генератора тока, эмиттер с эмиттером второго транзистора, а коллектор является выходом усилителя тока [3]
Недостатком этого усилителя является большое число каскадов входной каскад на первом и втором транзисторах, каскад эмиттерного повторителя на третьем транзисторе, выходной каскад на четвертом транзисторе. Так как каскады включены последовательно, задержка сигнала в усилителе равна сумме задержек в каждом каскаде. В результате усилитель имеет пониженное быстродействие. Кроме этого, недостатком усилителя является то, что входной ток не поступает в нагрузку, вследствие чего необходимо повышенное усиление выходного каскада, что требует увеличения тока смещения четвертого транзистора и соответствующего роста потребляемого тока.

Цель изобретения повышение быстродействия и снижение энергопотребления усилителя тока.

Это достигается тем, что в усилителе тока, содержащем первый транзистор, эмиттер которого является входом усилителя тока и соединен с выходом первого генератора тока и базой второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а коллектор к базам первого и третьего транзисторов и выходу второго генератора тока, четвертый транзистор, база которого соединена с эмиттером третьего транзистора и выходом третьего генератора тока, эмиттер с эмиттером второго транзистора, а коллектор является выходом усилителя тока, коллектор третьего транзистора подключен к базе первого транзистора, коллектор которого соединен с коллектором четвертого транзистора.

На фиг.1 приведена электрическая принципиальная схема предложенного усилителя тока; на фиг.2 показано распределение токов в схеме усилителя при его работе.

Усилитель тока содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 транзисторы, первый 5, второй 6 и третий 7 генераторы тока.

Работу усилителя тока рассмотрим при следующих допущениях: все транзисторы идентичны, токи базы транзисторов пренебрежимо малы по сравнению с их коллекторными токами, транзисторы работают на частотах много меньших f_α -граничной частоты коэффициента передачи транзисторов по току в схеме с общей базой, внутреннее сопротивление генераторов тока бесконечно велико.

Первоначально подаются токи генераторов тока и напряжения на соответствующие шины питания такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим. При этом коллекторные токи транзисторов 1 и 3 устанавливаются равными соответственно токам I₀₁ и I₀₃ генераторов тока 5 и 7, а коллекторный ток транзистора 2 равным I₀₂-I₀₃, где I₀₂ ток генератора тока 6.

Для определения коллекторного тока I₁ транзистора 4 просуммируем напряжения вдоль замкнутого контура, образованного базо-эмиттерными p-n-переходами транзисторов. Согласно второму закону Кирхгофа
U_бэ1 + U_бэ2 U_бэ3 + U_бэ4 (1) где U_бэi базоэмиттерное напряжение i-го транзистора.

Выразив базоэмиттерные напряжения транзисторов через уравнение Эберса-Молла с точностью до значения обратного тока p-n-перехода I_S, перепишем (1) в следующем виде:
Φ_тln + Φ_тln Φ_тln + Φ_тln,
(2) где Φ_т температурный потенциал.

Из выражения (2) имеем
I₀₁(I₀₂ I₀₃) I₀₃I₁ или I₁= I -1 (3)
При подаче на вход усилителя входного тока i_вх коллекторные токи транзисторов получат соответствующие приращения (см.фиг.2). При этом уравнение (2) преобразуется к следующему виду:
Φ_тln + Φ_тln Φ_тln + Φ_тln
(4) или с учетом выражения (3)
(I₀₁-i_вх)(I₀₂-I₀₃) II -1-i,
(5) где i₁ приращение коллекторного тока транзистора 4.

Из выражения (5) находим i₁
i₁= i -1
(6)
Выходной ток усилителя равен
i_вых= i_вх+i₁= i
(7)
Таким образом, при одинаковом значении коэффициента передачи предложенный усилитель состоит только из двух каскадов входного на транзисторах 1 и 2 и выходного на транзисторе 4, промежуточный же каскад эмиттерного повторителя заменен практически безынерционным элементом диодом. При этом вследствие того, что коллектор первого транзистора соединен с выходом усилителя и входной ток поступает в нагрузку, уменьшено усиление выходного каскада, что позволило снизить ток смеще- ния транзистора 4 с в прототипе до I -1 в предложенном усилителе.

Использование: в измерительной и в вычислительной технике, технике связи. Сущность изобретения: расширение диапазона регулирования коэффициента усиления и снижение входного сопротивления, это достигается тем, что в усилителе тока, содержащем транзисторы (Т) 1-4 и генераторы тока 5-7, состоящем только из двух каскадов: входного на Т1 и Т2 и выходного на Т4, промежуточный каскад эмиттерного повторителя в прототипе замещен практически безынерционным элементом - диодом на 13. Вследствие того, что коллектор первого Т1 соединен с коллектором Т4 и выходом усилителя тока и входной ток поступает в нагрузку, уменьшено усиление выходного каскада на Т4, что позволяет снизить ток смещения Т4. 2 ил.

УСИЛИТЕЛЬ ТОКА, содержащий первый транзистор, эмиттер которого является входом усилителя тока и соединен с выходом первого генератора тока и базой второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а коллектор - к базам первого и третьего транзисторов и выходу второго генератора тока, четвертый транзистор, база которого соединена с эмиттером третьего транзистора и выходом третьего генератора тока, эмиттер - с эмиттером второго транзистора, а коллектор является выходом усилителя тока, отличающийся тем, что коллектор третьего транзистора подключен к базе первого транзистора, коллектор которого соединен с коллектором четвертого транзистора.