ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ТОКА Российский патент 1996 года по МПК H03F3/26 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аналоговых интегральных усилительных устройствах, в частности в низковольтных двухтактных усилителях мощности в интегральном исполнении.

Известен двухтактный усилитель тока, содержащий первый и второй комплементарные усилительные транзисторы, базы которых являются первым и вторым входами устройства соответственно и соединены через первый и второй резисторы с общей шиной и шиной питания соответственно, эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов соединены с общей шиной и шиной питания соответственно, а коллекторы объединены и являются выходом устройства. Недостатком данного устройства является низкая стабильность режимного тока усилительных транзисторов [1]
Известен также усилитель тока, содержащий первый и второй усилительные транзисторы, базы которых являются первым и вторым входами, коллекторы первым и вторым выходами устройства соответственно, эмиттеры объединены и соединены с базами и коллекторами первого и второго токоизмерительных транзисторов, эмиттеры которых соединены с общей шиной, а также первый и второй транзисторы обратной связи, базы которых соединены с базами токоизмерительных транзисторов, коллекторы с базами первого и второго усилительных транзисторов соответственно, а эмиттеры с общей шиной [2] Данное устройство обладает высоким коэффициентом усиления (в_ст усилительных транзисторов) и высокой стабильностью режимного тока, обеспечиваемой обратной связью по сумме токов усилительных транзисторов, которая одновременно ограничивает диапазон выходных токов устройства величиной суммарного тока (т.н. усилитель класса А) [2]
Целью изобретения является расширение динамического диапазона выходного сигнала.

Это достигается тем, что в усилитель тока, содержащий первый и второй усилительные транзисторы, первый и второй токоизмерительные транзисторы, первый и второй транзисторы обратной связи, причем базы первого и второго усилительных транзисторов являются первым и вторым входами, коллекторы первым и вторым выходами устройства соответственно, базы и коллекторы первого и второго токоизмерительных транзисторов объединены и соединены с базами первого и второго транзисторов обратной связи, коллектор первого из которых соединен с базой первого усилительного транзистора, дополнительно введены первый и второй транзисторы- датчики тока, первый и второй токоограничивающие резисторы, первый и второй токоизмерительные резисторы, первый и второй резисторы обратной связи, первое и второе зеркала тока и источник тока смещения, при этом эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов соединены с общей шиной и шиной питания соответственно, базы с базами первого и второго транзисторов-датчиков, эмиттеры которых через первый и второй токоограничивающие резисторы соответственно соединены с общей шиной и шиной питания соответственно, а коллекторы с входом первого зеркала тока и с эмиттером первого токоизмерительного транзистора соответственно, выход первого зеркала тока соединен с эмиттером второго токоизмерительного транзистора, эмиттеры первого и второго токоизмерительных транзисторов через первый и второй токоизмерительные резисторы соответственно соединены с общей шиной, коллектор второго транзистора обратной связи соединен с входом второго зеркала тока, выход которого соединен с базой второго усилительного транзистора, а источник тока смещения включен между шиной питания и точкой соединения баз и коллекторов токоизмерительных транзисторов, причем второй усилительный транзистор и второй транзистор-датчик тока выполнены дополнительного типа проводимости.

На фиг. 1 и 2 приведена принципиальная электрическая схема двухтактного усилителя тока.

Двухтактный усилитель тока содержит первый 1 и второй 2 усилительные транзисторы, первый 3 и второй 4 транзисторы-датчики тока, первый 5 и второй 6 токоограничивающие резисторы, первый 7 и второй 8 токоизмерительные транзисторы, первый 9 и второй 10 токоизмерительные резисторы, первый 11 и второй 12 транзисторы обратной связи, первый 13 и второй 14 резисторы обратной связи, первое 15 и второе 16 зеркала тока, источник 17 тока смещения, первый 18 и второй 19 входы и первый 20 и второй 21 выходы устройства. При этом коллекторы первого 1 и второго 2 усилительных транзисторов являются первым 20 и вторым 21 выходами устройства соответственно, эмиттеры соединены с общей шиной и шиной питания соответственно, базы с первым 18 и вторым 19 входами устройства соответственно, а также с базами первого 3 и второго 4 транзисторов-датчиков тока соответственно, эмиттеры которых через первый 5 и второй 6 токоограничивающие резисторы соединены с общей шиной и шиной питания соответственно, коллектор первого транзистора-датчика тока 3 с входом первого зеркала тока 15, а коллектор второго транзистора-датчика тока 4 и выход первого зеркала тока 15 с эмиттерами первого 7 и второго 8 токоизмерительных транзисторов соответственно, а также через первый 9 и второй 10 токоизмерительные резисторы соответственно с общей шиной.

Причем базы и коллекторы первого 7 и второго 8 токоизмерительных транзисторов объединены и соединены через источник тока смещения 17 с шиной питания, а также с базами первого 11 и второго 12 транзисторов обратной связи непосредственно, эмиттеры которых через первый 13 и второй 14 резисторы обратной связи соответственно соединены с общей шиной, коллектор второго транзистора обратной связи 12 соединен с входом второго зеркала тока 16, а коллектор первого транзистора обратной связи 11 и выход второго зеркала тока 16 соединены с базами первого 1 и второго 2 усилительных транзисторов соответственно.

Двухтактный усилитель тока работает следующим образом.

На первый 18 и второй 19 входы подаются входные токи I₁₈ и I₁₉ втекающей и вытекающей полярностей соответственно. Положим для определенности I₁₈ > I₁₉. Первый 1 и второй 2 усилительные транзисторы открываются так же, как и соответствующие транзисторы-датчики тока 3, 4, причем коллекторный ток первого транзистора-датчика тока 3 и равный ему выходной ток первого зеркала тока 15 больше коллекторного тока второго транзистора-датчика тока 4, а значит напряжение на втором токоизмерительном резисторе 10 больше, чем на первом токоизмерительном резисторе 9, вследствие чего весь ток источника тока смещения 17 протекает через первый токоизмерительный транзистор 7, в то время как второй токоизмерительный транзистор 8 закрыт и потенциал базы транзисторов обратной связи 11, 12 определяется величиной меньшего из входных токов (I₁₉) и устанавливается на таком уровне, что выходной ток второго зеркала тока 16 равен входному току I₁₉ с точностью до базовых токов транзисторов 2, 4.

При этом коллекторный ток второго усилительного транзистора 2 пропорционален току I₁₉, где коэффициент пропорциональности определяется отношением площадей усилительного транзистора и транзистора-датчика тока, величиной токоограничивающего резистора и соотношением номиналов токоизмерительных резисторов и резисторов обратной связи и может быть выбран близким единице. Коллекторные токи транзисторов обратной связи 11, 12 так же, как выходной ток второго зеркала тока 16, равны I₁₉ и, следовательно, в базу первого усилительного транзистора 1 втекает ток, равный (I₁₈-I₁₉), а его коллекторный ток равен (I₁₈-I₁₉) в_ст. Таким образом обеспечиваются малый коэффициент передачи на выход синфазной составляющей входного тока (меньшего из модулей входных токов), т. е. стабильность режима, и высокий коэффициент усиления (в_ст) дифференциальной составляющей входного тока, причем величина выходного тока ограничена только электрической прочностью усилительных транзисторов.

На фиг. 1 пунктиром показаны один из возможных вариантов зеркал тока внутри соответствующих квадратов, и диоды, включенные параллельно токоизмерительным транзисторам, которые могут быть использованы для ограничения напряжения на них и предотвращения насыщения второго транзистора-датчика тока и первого зеркала тока.

Предлагаемый двухтактный усилитель тока за счет введения первого и второго транзисторов-датчиков тока, первого и второго токоограничивающих резисторов, первого и второго токоизмерительных резисторов, первого и второго резисторов обратной связи, первого и второго зеркала тока и источника тока смещения обеспечивает высокую стабильность режима, высокий коэффициент усиления и отсутствие принципиальных ограничений на величину максимального выходного тока, а также способен работать при минимальном напряжении питания (всего 0,9 В), что позволяет использовать его для построения двухтактных усилителей мощности, (см. фиг. 2), в том числе низковольтных и в интегральном исполнении.

Использование: в аналоговых интегральных усилительных устройствах, в частности в низковольтных двухтактных усилителях мощности в интегральном исполнении. Сущность изобретения: двухтактный усилитель тока содержит усилительные транзисторы (Т) 1,2, Т - датчики тока 3,4, включенные параллельно Т 1,2 соответственно, выходы которых соединены с блоком минимума из двух токов на источнике 17 тока смещения и на токоизмерительных Т 7,8 в диодном включении. Выделенный минимальный ток из двух входных токов через Т 11,12 обратной связи и токовое зеркало 16 поступает на базы усилительных Т 1,2. Это обеспечивает высокую стабильность режима, высокий коэффициент усиления и отсутствие принципиальных ограничений на величину максимального выходного тока при минимальном напряжении питания 0,9 В. 2 ил.

Двухтактный усилитель тока, содержащий первый и второй усилительные транзисторы, первый и второй токоизмерительные транзисторы, первый и второй транзисторы обратной связи, причем базы первого и второго усилительных транзисторов являются первым и вторым входами, коллекторы первым и вторым выходами двухтактного усилителя тока соответственно, базы и коллекторы первого и второго токоизмерительных транзисторов объединены и соединены с базами первого и второго транзисторов обратной связи, коллектор первого из которых соединен с базой первого усилительного транзистора, отличающийся тем, что введены первый и второй транзисторы-датчики тока, первый и второй токоограничительные резисторы, первый и второй токоизмерительные резисторы, первый и второй резисторы обратной связи, первое и второе зеркала тока и источник тока смещения, при этом эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов соединены с общей шиной и шиной питания соответственно, базы с базами первого и второго транзисторов-датчиков тока соответственно, эмиттеры которых через первый и второй токоограничивающие резисторы соответственно соединены с общей шиной и шиной питания, а коллекторы с входом первого зеркала тока и эмиттером первого токоизмерительного транзистора соответственно, выход первого зеркала тока соединен с эмиттером второго токоизмерительного транзистора, эмиттеры первого и второго токоизмерительных транзисторов через первый и второй токоизмерительные резисторы соответственно соединены с общей шиной, коллектор второго транзистора обратной связи соединен с входом второго зеркала тока, выход которого соединен с базой второго усилительного транзистора, а источник тока смещения включен между шиной питания и точкой соединения баз и коллекторов токоизмерительных транзисторов, причем второй усилительный транзистор и второй транзистор-датчик тока выполнены дополнительного типа.