ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ДВУХПОЛЮСНЫМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ Российский патент 1997 года по МПК H03F3/34 

Настоящее изобретение относится к области транзисторных усилителей и может быть использовано для усиления мощности.

Известен полупроводниковый усилитель с двухполюсным электропитанием, выбранный в качестве прототипа и содержащий первый и второй биполярные транзисторы, при этом коллектор первого биполярного транзистора соединен с базой второго биполярного транзистора, коллектор которого подключен к первой шине питания, а также источник входного сигнала и последовательно соединенные стабилитрон и резистор нагрузки.

В этом известном устройстве стабилитрон служит для компенсации постоянного напряжения на выходе усилителя при отсутствии тока на его входе. Недостатком усилителя является низкая точность коэффициента передачи, обусловленная технологическим разбросом параметров стабилитрона, а также влиянием его дифференциального сопротивления.

Технологический разброс напряжения стабилизации стабилитрона вызывает существенное отклонение от нуля компенсируемого напряжения, а наличие дифференциального сопротивления стабилитрона, включенного последовательно с резистором нагрузки, вызывает нестабильность коэффициента передачи при изменении сопротивления этого резистора.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности коэффициента передачи.

Цель достигается за счет того, что источником выходного сигнала является источник тока, один вывод которого соединен с базой первого транзистора, имеющего структуру, противоположную структуре второго транзистора, а другой вывод соединен с общей шиной, причем между точкой соединения резистора нагрузки и стабилитрона и базой первого транзистора введен первый резистор обратной связи и при этом между эмиттером второго биполярного транзистора и стабилитроном введен второй резистор, первый выход которого соединен с эмиттером второго биполярного транзистора и затвором полевого транзистора, а второй вывод соединен со стабилитроном и истоком этого полевого транзистора, сток которого подключен ко второй шине питания, причем полупроводниковые материалы затвора полевого транзистора и эмиттера второго биполярного транзистора имеют один и тот же тип электропроводности, а сток полевого транзистора подключен ко второй шине питания через переход эмиттер-база третьего биполярного транзистора, эмиттер которого соединен со второй шиной питания, база соединена со стоком полевого транзистора, коллектор соединен с истоком полевого транзистора.

Электрическая схема возможного исполнения и подключения усилителя представлена на чертеже,где показаны следующие элементы: источник двухполюсного электропитания 1, имеющий первую шину, объединенную в данном примере с общей шиной, а также вторую шину; первый биполярный транзистор 2, эмиттер которого подключен к первой шине; второй биполярный транзистор 3, имеющий структуру, противоположную первому транзистору; коллектор, соединенный с первой шиной питания, и эмиттер, подключенный к общей шине через последовательно соединенные стабилитрон 4 и резистор нагрузки 5; источник входного тока 6, один вывод которого соединен с базой первого транзистора 2, а второй соединен с общей шиной; первый резистор обратной связи 7, введенный между точкой соединения резистора нагрузки 5 и стабилитрон 4 и базой первого транзистора 2; второй резистор 8, введенный между эмиттером второго транзистора 3 и стабилитроном 4; трехполюсник 9, содержащий полевой транзистор 10 и биполярный транзистор 11. Первый вывод трехполюсника 9 представляет из себя затвор транзистора 10, подключенный к цепи связи коллектора первого транзистора 2 и резистора 8 и соединенный при этом непосредственно с эмиттером второго транзистора 3 и первым выводом резистора 8.

Второй вывод трехполюсника 9 подключен к электрической цепи связи стабилитрона 4 и резистора 8 и представляет из себя исток транзистора 10, соединенный со стабилитроном 4 и вторым выводом резистора 8.

Третий вывод трехполюсника 9 подключен ко второй шине питания и представляет из себя сток транзистора 10, подключенный к этой шине через проход эмиттер-база транзистора 11.

Если выходной ток отсутствует, то транзистора 2 открывается своим током базы, протекающим через стабилизатор 4 и резистор 7.

Соответственно открывается и транзистор 3. При этом к резистору нагрузки 5 прикладывается выходное напряжение усилителя, равное сумме напряжения, создаваемого этим током на резисторе обратной связи 7 и напряжения на переходе эмиттер-база транзистора 2.

К участкам эмиттер-коллектор транзисторов 2 и 3 прикладывается напряжение, практически равное сумме выходного напряжения усилителя и напряжения стабилизации стабилитрона 4.

Поскольку напряжение на стабилитроне 4 достаточно велико, то транзисторы усилителя работают в режиме, далеком от насыщения, и имеют большой статический коэффициент передачи β, мало зависящий от напряжения эмиттер-коллектор. Поэтому ток базы транзистора 2 достаточно мал и обусловленное им выходное напряжение также достаточно мало.

Это напряжение практически не зависит от параметров стабилитрона 4, что является преимуществом предложенного усилителя по сравнению с прототипом.

Точность коэффициента передачи повышается.

Поскольку транзистор 3 в данном режиме в максимально возможной степени открыт, то ток, протекающий через резистор 8, достаточно велик и создает достаточно большое напряжение между первым и вторым выводами трехполюсника 9.

В результате транзисторы 10 и 11 закрываются и ток между вторым и третьим выводами трехполюсника 9 уменьшается, что повышает экономичность усилителя.

Когда источник 6 создает ток, протекающий через переход эмиттер-база транзистора 42 в направлении, способствующем запиранию этого транзистора, то на резисторе обратной связи появляется дополнительное напряжение, приблизительно равное произведению этого тока на сопротивление резистора 7.

Такое же дополнительное напряжение соответственно возникает на резисторе нагрузки 5, представляя из себя полезное выходное напряжение усилителя.

Величина этого напряжения, определяемая током источника 6, практически не зависит от параметров стабилитрона 4, что также является преимуществом предложенного усилителя по сравнению с прототипом.

Точность коэффициента передачи также повышается.

В этом режиме транзистор 3 закрывается, напряжение между первым и вторым выводами трехполюсника 9 уменьшается и ток, протекающий между вторым и третьим выводами трехполюсника, увеличивается на величину, примерно равную току нагрузки.

Очевидно, что при этом транзистор 11 усиливает ток стока транзистора 10, что повышает достижимую выходную мощность усилителя.

При отсутствии необходимости в таком усилении сток транзистора 10 может быть подключен непосредственно к второй шине питателя.

Использование: в усилителях постоянного тока. Сущность изобретения: в полупроводниковом усилителе (У), содержащем транзисторы 2, 3, источник входного сигнала 6 и последовательно соединенные стабилитрон и резистор нагрузки (Ст и Н), источник выходного сигнала 6 выполнен в виде источника тока, между базой транзистора 2 и точкой соединения Ст и Н введен первый резистор обратной связи, а эмиттер транзистора 3 соединен с первым выводом введенного второго резистора обратной связи и затвором введенного полевого транзистора, исток которого подключен ко второму выводу резистора обратной связи и Ст, а сток - ко второй шине питания, причем затвор полевого транзистора и эмиттер транзистора 3 выполнены из полупроводникового материала одной и той же структуры. Сток полевого транзистора подключен ко второй шине питания через промежуток база-эмиттер введенного транзистора 11, коллектор которого соединен с истоком полевого транзистора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Полупроводниковый усилитель с двухполюсным электропитанием, содержащий первый и второй биполярные транзисторы, при этом коллектор первого биполярного транзистора соединен с базой второго биполярного транзистора, коллектор которого подключен к первой шине питания, а также источник входного сигнала и последовательно соединенные стабилитрон и резистор нагрузки, отличающийся тем, что источником входного сигнала является источник тока, который включен между базой первого биполярного транзистора и первой шиной питания, являющейся общей шиной и к которой подключены резистор нагрузки и эмиттер первого биполярного транзистора, имеющего структуру, противоположную структуре второго биполярного транзистора, причем между базой первого биполярного транзистора и точкой соединения резистора нагрузки и стабилитрона введен первый резистор обратной связи, а эмиттер второго биполярного транзистора соединен с первым выводом введенного второго резистора обратной связи и затвором введенного полевого транзистора, исток которого подключен к второму выводу второго резистора обратной связи и стабилитрону, а сток к второй шине питания, причем затвор полевого транзистора и эмиттер второго биполярного транзистора выполнены из полупроводникового материала одной и той же структуры. 2. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что сток полевого транзистора подключен к второй шине питания через промежуток база эмиттер введенного третьего биполярного транзистора, имеющего структуру второго биполярного транзистора, и коллектор которого соединен с истоком полевого транзистора.