ИНТЕГРАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 1997 года по МПК H03F1/32 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемных устройствах различного назначения.

Известен транзисторный усилитель (патент США N 3955108, кл. 307-297, Н 03 3/343, 1976), содержащий в цепи смещения компенсационное устройство, используемое в качестве предварительного усилителя, выполненного в виде каскада с безинерционной параллельной отрицательной обратной связью.

Недостатком известного транзисторного усилителя является низкая стабильность рабочей точки.

Известно устройство (патент США N 3102965, кл. 330 19, 1960), в котором транзистор используется в качестве одного из плеч базового делителя транзистора усилительного каскада. Недостатком известного устройства является небольшой динамический диапазон по выходному напряжению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому интегральному усилителю высокой частоты является широкополосный интегральный усилитель напряжения (авт. св.N 343355, кл. Н 03 F 1/30), содержащий каскады предварительного и оконечного усиления, выполненные на транзисторах по схеме с общим эмиттером. Коллектор транзистора каскада оконечного усиления подключен через нагрузочный резистор и резистор фильтра нижних частот к зажиму положительного полюса источника питания и через резистор цепи параллельной отрицательной обратной связи к базе этого же транзистора и к коллектору транзистора каскада предварительного усиления. К эмиттеру каскада предварительного усиления подключена параллельная цепь, одна ветвь которой выполнена в виде резистора, осуществляющего стабилизацию режима по постоянному току, а вторая в виде последовательного соединения резистора и конденсатора, обеспечивающих отрицательную обратную связь на частотах усиливаемых сигналов.

Недостатком известного широкополосного интегрального усилителя напряжения является низкая стабильность коэффициента усиления по напряжению при воздействии спецфакторов в интервале температур.

Целью изобретения является стабилизация коэффициента усиления по напряжению при воздействии спецфакторов в интервале температур. Цель достигается тем, что в интегральный усилитель высокой частоты, содержащий каскад предварительного усиления и каскад оконечного усиления, коллектор транзистора которого через последовательно соединенные нагрузочный резистор и резистор фильтра нижних частот подключен к шине питания и через резистор отрицательной обратной связи к базе этого транзистора и к коллектору транзистора каскада предварительного усиления, эмиттер которого и эмиттер каскада оконечного усиления нагружены на цепи отрицательной обратной связи по току и стабилизации режима по постоянному току, база транзистора каскада предварительного усиления через первый резистор базового смещения подключена к выходу фильтра нижних частот, а также второй резистор базового смещения, первый вывод которого подключен к общей шине, дополнительно введен элемент управления на транзисторе, коллектор которого соединен с базой транзистора каскада предварительного усиления, эмиттер со вторым выводом второго резистора базового смещения, а база с отводом введенного резистивного делителя напряжения, включенного между выходом фильтра нижних частот и общей шиной и выполненного на первом и втором резисторах, при этом R_э/R_экв. 0,005 ^oC 0,05, где R_э резистор в эмиттерной цепи транзистора управления, , R₁, R₂ первый и второй резисторы резистивного делителя напряжения.

Известно устройство (патент ФРГ N 1914414, кл. 21 а² 18/07) для плавного изменения усиления усилительного каскада, содержащего транзистор, включенный по схеме с ОЭ и делитель напряжения в цепи базы. Устройство содержит вспомогательный транзистор, управляемый регулирующим напряжением. Участок Э-К вспомогательного транзистора включен параллельно тому резистору делителя напряжения в цепи базы, который включен между шиной питания и базой транзистора усилительного каскада. Каскад на вспомогательном транзисторе, включенном по схеме с ОК, в больших пределах изменяет входное сопротивление усилителя.

Приведена схема (Крылов Г.М. Смирнов Г.А.Транзисторные усилители с автоматической регулировкой усиления. М.-Л. Энергия, 1967 с. 155, рис. 99) регулировки усиления изменением режима по постоянному току с одновременным введением во входную цепь усилителя резистивного делителя напряжения. Эта схема характерна тем, что управляющий элемент делителя напряжения (им является транзистор Т₁), введенного в цепь передачи полезного сигнала, одновременно входит в цепь подачи напряжения смещения на базу усилительного транзистора Т₂. В указанном устройстве расширяется лишь диапазон регулировки усиления и в больших пределах изменяется входное сопротивление.

В ранее указанном источнике (с. 99, рис. 60) приведена схема усилительного каскада с регулировкой усиления параллельно включенным во входную цепь транзистором, работающим на искусственную нагрузку. В ранее указанном каскаде эмиттерные цепи обоих транзисторов (Т₁ и Т₂) питаются от источника тока, значение которого неизменно. В ранее указанной схеме при регулировке коэффициента усиления обеспечиваются неизменными параметры цепи нагрузки и соответственно частотная характеристика.

Из ранее сказанного видно, что признаки известных устройств, сходных с признаками предлагаемого технического решения, не обеспечивают по своему назначению достижение цели изобретения.

На фиг. 1 приведена электрическая принципиальная схема предлагаемого интегрального усилителя высокой частоты. На фиг.2 приведена зависимость U_вых/U_{вых.нач.} f(h_21э).

Интегральный усилитель высокой частоты состоит из каскада предварительного усиления на транзисторе 1 и каскада оконечного усиления на транзисторе 2. Транзистор 1 через резистор 3 цепи стабилизации режима по постоянному току, нагрузочный резистор 4 и резистор 5 фильтра нижних частот подключен к шине питания Е. К эмиттеру транзистора 1 подключен резистор 6 отрицательной обратной связи по току, второй вывод которого соединен с цепью, выполненной в виде параллельного соединения резистора 7 стабилизации режима по постоянному току и конденсатора 8 коррекции полосы пропускания усилителя в области нижних частот. Напряжение смещения на базу транзистора 1 каскада предварительного усиления подается с элемента управления на транзисторе 9, коллектор которого соединен с базой транзистора 1 и через резистор 10 с резистором 5 фильтра нижних частот, подключенного к шине питания. База транзистора 9 соединена с отводом резистивного делителя напряжения на резисторах 11 и 12, подключенного между выходом фильтра нижних частот и общей шиной между которой и эмиттером упомянутого транзистора включен резистор 13. Коллектор транзистора 2 каскада оконечного усиления подключен через нагрузочный резистор 4 к резистору 5 и конденсатору 14 фильтра нижних частот, а его эмиттер соединен с цепью, выполненной в виде параллельного соединения резистора 15 стабилизации режима по постоянному току и конденсаторов 16, 17.

Схема предлагаемого интегрального усилителя высокой частоты работает следующим образом.

Экспериментально установлено, что при воздействии спецфакторов большинство параметров биполярных транзисторов изменяется. Однако, среди них можно выделить основной статистический коэффициент усиления по току h_21э в схеме с общим эмиттером, уменьшение которого при воздействии спецфакторов ограничивает применение многих классов схем на транзисторах (например, Действие проникающей радиации на изделия электронной техники. / Под ред. д.т.н. Е.А. Ладыгина, М. Советское радио, 1980, с. 78). Поэтому в результате уменьшения статического коэффициента по току h_21э в схеме с общим эмиттером транзисторов 1 и 2 при воздействии спецфакторов падает коэффициент усиления по напряжению каскада предварительного усиления и каскада оконечного усиления, а следовательно, и интегрального усилителя высокой частоты. При этом следует отметить, что "определяющие коэффициент усиления каскада параметры h_21э и h_11э весьма чувствительны к изменению тока эмиттера, в то время как изменение напряжения на коллекторе не оказывает на эти параметры сколько-нибудь заметного влияния" (Крылов Г.М. Смирнов Г.А. Транзисторные усилители с автоматической регулировкой усиления, М.-Л. Энергия, 1967, с. 18). В этой связи при уменьшении коэффициента падает эмиттерный ток транзистора I каскада предварительного усиления и транзистора 2 каскада оконечного усиления. При этом следует отметить, что уменьшение эмиттерного тока транзистора 1 каскада предварительного усиления (этот каскад обеспечивает в основном усиление по напряжению интегрального усилителя высокой частоты) происходит в значительно больших пределах, чем эмиттерного тока транзистора 2 каскада оконечного усиления. Поэтому для стабилизации коэффициента усиления по напряжению интегрального усилителя высокой частоты при воздействии спецфакторов необходимо поддерживать постоянным эмиттерный ток транзистора 1 каскада предварительного усиления, что обеспечивается изменением тока базы, поскольку ток эмиттера i_э связан с током базы i_б известным соотношением:
i_э i_б (1 + h_21э)
В то же время, как указано на с.19 ранее указанного источника, "коэффициент усиления по току h_21э транзистора зависит от тока базы [h_21э f(i_б)] Эта зависимость имеет вид кривой, изображенной на рис.10. Максимальное значение h_21э имеет место при токе базы Поэтому, если при уменьшении коэффициента усиления по току в схеме с общим эмиттером, а следовательно и уменьшении эмиттерного тока, вызванного воздействием спецфакторов, одновременно увеличивать ток базы транзистора 1 от начального значения до величины i_б I_б, т.е. до максимального значения, то коэффициент усиления по току будет возрастать, в результате чего будет поддерживаться постоянство эмиттерного тока транзистора 1 каскада предварительного усиления и тем самым обеспечивается стабилизация коэффициента усиления по напряжению предлагаемого интегрального усилителя высокой частоты. Увеличение тока базы достигается введением в цепь базы транзистора 1 каскада предварительного усиления элемента управления на транзисторе 9, коллектор которого соединен с базой транзистора каскада предварительного усиления и через резистор 10 с резистором 5 фильтра нижних частот. При этом база транзистора 9 соединена с отводом делителя напряжения, включенного между выходом фильтра нижних частот и общей шиной и выполненного на резисторах 11 и 12, а эмиттер через резистор 13 с общей шиной. Поэтому при воздействии спецфакторов уменьшается не только коэффициент усиления по току h_21э в схеме с общим эмиттером транзисторов 1 и 2, но и транзистора 9, в результате чего уменьшается ток, протекающий через транзистор элемента управления, увеличивается сопротивление участка "эмиттер коллектор", транзистора 9 и повышается напряжение смещения на базе транзистора 1, а следовательно и его коэффициент усиления тока h_21э в схеме с общим эмиттером.

Использование: в радиоприемных устройствах различного назначения. Сущность изобретения: для стабилизации коэффициента усиления по напряжению при воздействии спецфакторов в интервале температур в интегральный усилитель высокой частоты, содержащий каскад, предварительного усиления и каскад оконечного усиления, коллектор транзистора которого подключен через нагрузочный резистор к фильтру нижних частот и через резистор отрицательной обратной связи - к базе этого же транзистора и к коллектору транзистора каскада предварительного усиления, введен элемент управления на транзисторе, коллектор которого подключен к базе транзистора каскада предварительного усиления, между эмиттером и общей шиной включен резистор, а в цепи базы - резистивный делитель напряжения, подключенный к фильтру нижних частот, источника питания, при этом отношение значения резистора в цепи эмиттера транзистора каскада управления к величине параллельного соединения резисторов в его базовой цепи выбирается в пределах 0,005...0,05. 2 ил.

Интегральный усилитель высокой частоты, содержащий каскад предварительного усиления и каскад оконечного усиления, коллектор транзистора которого через последовательно соединенные нагрузочный резистор и резистор фильтра нижних частот подключен к шине питания, а через резистор отрицательной обратной связи к базе этого транзистора и к коллектору транзистора каскада предварительного усиления, эмиттер которого и эмиттер транзистора каскада оконечного усиления нагружены на цепи отрицательной обратной связи по току и стабилизации режима по постоянному току, база транзистора каскада предварительного усиления через первый резистор базового смещения подключена к выходу фильтра нижних частот, а также второй резистор базового смещения, первый вывод которого подключен к общей шине, отличающийся тем, что введен элемент управления на транзисторе, коллектор которого соединен с базой транзистора каскада предварительного усиления, эмиттер с вторым выводом второго резистора базового смещения, а база с отводом введеного резистивного делителя напряжения, включенного между выходом фильтра нижних частот и общей шиной и выполненного на первом и втором резисторах, при этом R _э/R_экв 0,005 ^oC 0,05, где R_э второй резистор базового смещения, R_экв R₁R₂/R₁ + R₂, R₁ и R₂ первый и второй резисторы резистивного делителя напряжения.