ВЫХОДНОЙ КАСКАД УСИЛИТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H03F3/26 

Описание патента на изобретение RU2094942C1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может найти применение в дискренто-аналоговых преобразователях сигналов, устройствах считывания выходных сигналов интегральных микросхем с зарядовой связью, а также в широкополостных устройствах усиления мощности.

Известны мощные двухтактные выходные каскады широкополостных усилителей на основе комплементарных составных транзисторов с резистивными цепями формирования базового смещения (Богданович Б. М. Нелинейные искажения в приемно-усилительных устройствах. М. Связь, 1980. с. 220, рис. 5.21). Такие выходные каскады нуждаются в ручной регулировке, склонны к саморазогреву, характеризуются существенной температурной и временной нестабильностью сквозного тока покоя и, следовательно, нестабильностью переходной характеристики в области малых времен, снижением быстродействия на нижней границе температурного диапазона работы.

Известны также выходные каскады усилителей на основе двухтактных эммитерных повторителей, содержащие два комплементарных транзистора, базовые токозадающие цепи и источники смещения на диодах и резисторах (Патент США N 4639685 НКИ 330/263, опубл. 1987. Патент США N 4390852 НКИ 330/300, опубл. 1983. Достал И. Операционные усилители. М. Мир, 1982. с. 86-87, рис. 3.20; Полонников Д. Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника. М. Энергоатомиздат, 1983. с. 115, рис. 3.26). Эти каскады отличаются высоким быстродействием, температурной стабильностью, однако, предполагают использование полупроводниковых приборов с согласованными характеристиками, например, в составе интегральных микросхем. Применение дополнительных серийных мощных или составных комплементарных транзисторов, способных обеспечить ток в нагрузке до сотен мА, приводит к необходимости регулировки тока покоя и в области малых времен из-за разностей температурных дрейфов напряжений на прямосмещенных переходах транзисторов, а также из-за наличия зависимости напряжения на эммитерных переходах выходных транзисторов от напряжения между эммитером и коллектором.

Наиболее близким по технической сущности к данному техническому решению является выходной каскад усилителя, содержащий первый и второй линейные преобразователи напряжения в ток, первый и второй токозадающие элементы, первый и второй усилительные элементы, первый и второй нелинейные преобразователи напряжения в ток, первый и второй элементы обратной связи, первые выводы которых соединены и являются выходом выходного каскада усилителя, второй вывод первого элемента обратной связи соединен с инвертирующим входом первого линейного преобразователя напряжения в ток и выходом первого усилительного элемента, вход которого соединен с выходами первого нелинейного преобразователя напряжения в ток, первого токозадающего элемента и первого линейного преобразователя напряжения в ток, второй вывод второго элемента обратной связи соединен с инвертирующим входом второго линейного преобразователя напряжения в ток и выходом второго усилительного элемента, вход которого соединен с выходами второго нелинейного преобразователя напряжения в ток, второго токозадающего элемента и второго линейного преобразователя напряжения в ток, неинвертирующие входы первого и второго линейных преобразователей напряжения в ток соединены и являются входом выходного каскада усилителя (GB, заявка N 1434178, H 03 F 1/30, опубл. 05.05.76).

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие.

Задачей данного изобретения является повышение быстродействия и надежности, увеличение выходной мощности путем устранения задержек сигнала, ограничения тока выходных транзисторов на уровне предельно допустимого при импульсных перегрузках.

Решается указанная задача тем, что в выходной каскад усилителя, содержащий первый и второй линейные преобразователи напряжения в ток, первый и второй токозадающие элементы, первый и второй усилительные элементы, первый и второй нелинейные преобразователи напряжения в ток, первый и второй элементы обратной связи, первые выводы которых соединены и являются выходом выходного каскада усилителя, второй вывод первого элемента обратной связи соединен с инвертирующим входом первого линейного преобразователя напряжения в ток и выходом первого усилительного элемента, вход которого соединен с выходами первого нелинейного преобразователя напряжения в ток, первого токозадающего элемента и первого линейного преобразователя напряжения в ток, второй вывод второго элемента обратной связи соединен с инвертирующим входом второго линейного преобразователя напряжения в ток и выходом усилительного элемента, вход которого соединен с выходами второго нелинейного преобразователя напряжения в ток, второго токозадающего элемента и второго линейного преобразователя напряжения в ток, неинвертирующие входы первого и второго линейных преобразователей напряжения в ток соединены и являются входом выходного каскада усилителя, введены первый и второй шунтирующие элементы, первые выводы которых соединены с неинвертирующими входами, а вторые выводы - с выходами первого и второго линейных преобразователей напряжения в ток соответственно, а первый и второй элементы обратной связи выполнены в виде делителей напряжения на первом, втором и третьем, четвертом резисторах соответственно, причем первые выводы первого и третьего резисторов соединены с неинвертирующими входами первого и второго нелинейных преобразователей напряжения в ток соответственно, при этом шунтирующие элементы выполнены на конденсаторах, а первый и второй токозадающие элементы в виде соответствующих источников тока;
первый и второй усилительные элементы выполнены соответственно на первом и втором транзисторах с комплементарной структурой, включенных по схеме повторителя;
первый линейный преобразователь напряжения в ток выполнен на третьем токозадающем элементе и согласованных третьем и четвертом транзисторах со структурой первого транзистора, второй линейный преобразователь напряжения в ток выполнен на четвертом токозадающем элементе и согласованных пятом и шестом транзисторах со структурой второго транзистора, причем эмиттеры третьего и пятого транзисторов являются неинвертирующими входами, а эммитеры четвертого и шестого транзисторов являются инвертирующими входами первого и второго линейных преобразователей напряжения в ток соответственно, выходами которых являются коллекторы третьего и пятого транзисторов, базы которых подключены к выходам третьего и четвертого токозадающих элементов и к соединенным базе и коллектору четвертого и шестого транзисторов соответственно, при этом третий и четвертый токозадающие элементы выполнены в виде соответствующих источников тока;
первый нелинейный преобразователь напряжения в ток выполнен на седьмом транзисторе со структурой первого транзистора и пятом резисторе, второй нелинейный преобразователь напряжения в ток выполнен на восьмом транзисторе со структурой второго транзистора и шестом резисторе, причем первые выводы пятого и шестого резисторов являются инвертирующими входами первого и второго нелинейных преобразователей напряжения в ток, неинвертирующими входами которых являются эммитеры, а выходами коллекторы соответственно седьмого и восьмого транзисторов, базы которых подключены к вторым выводам пятого и шестого резисторов соответственно;
в первом и втором элементах обратной связи первыми выводами являются первые выводы первого и третьего резисторов, вторые выводы которых соединены с первыми выводами второго и четвертого резисторов, вторые выводы которых являются вторыми выводами первого и второго элементов обратной связи соответственно;
в первом и втором элементах обратной связи первыми выводами являются первые выводы второго и четвертого резисторов, вторые выводы которых соединены с первыми выводами первого и третьего резисторов, вторые выводы которых являются вторыми выводами первого и второго элементов обратной связи соответственно;
в первый и второй элементы обратной связи введены третий и четвертый шунтирующие элементы на конденсаторах, первые выводы которых подключены к первым выводам второго и четвертого резисторов, а вторые выводы к вторым выводам второго и четвертого резисторов соответственно;
вторым и третьим входами выходного каскада усилителя являются выходы первого и второго токозадающих элементов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема выходного каскада усилителя; на фиг. 2 возможный вариант реализации делителей напряжения.

Выходной каскад усилителя (фиг. 1) содержит первый, второй усилительные элементы 1 и 2, первый, второй токозадающие элементы 3 и 4, первый, второй линейные, первый, второй нелинейные преобразователи 5 8 напряжения в ток, первый, второй делители 9 и 10 напряжения элементов обратной связи, первый и второй шунтирующие элементы 11 и 12 на конденсаторах, вход и выход 13 и 14, которыми являются объединенные первые выводы соответственно первого, второго преобразователей 5 и 6 напряжения в ток и первого, второго делителей 9 и 10 напряжения.

Первый и второй делители 9, 10 напряжения выходного каскада усилителя (фиг. 1) содержат первый, второй и третий, четвертый резисторы 15, 16, 17, 18 соответственно.

Первый и второй делители 9, 10 напряжения предлагаемого выходного каскада усилителя (фиг. 1) также могут содержать третий и четвертый шунтирующие элементы 19 и 20 на конденсаторах.

На фиг. 2 представлен возможный вариант реализации первого и второго делителей 9 и 10 напряжения выходного каскада усилителя.

Выходной каскад усилителя (фиг. 1) работает следующим образом.

Токи первого и второго токозадающих элементов 3 и 4 формируют отпирающее смещение на эммитерных переходах транзисторах первого, второго усилительных элементов 1 и 2. Ток эммитерных цепей этих транзисторов формирует смещение на первом, втором, третьем, четвертом резисторах 15 18 первого, второго делителей 9 и 10 напряжения, которое не является достаточным для отпирания транзисторов первого, второго нелинейных преобразователей 7 и 8 напряжения в ток, но позволяет создать такое смещение на эммитерных переходах транзисторов первого, второго линейных преобразователей 5 и 6 напряжения в ток, которое необходимо для отвода на вход 13 избыточного для первого, второго усилительных элементов 1 и 2 тока первого, второго элементов 3 и 4. Таким образом, на выходе 14 каскада формируется потенциал, близкий по значению к входному, а через транзисторы первого, второго усилительных элементов 1 и 2 протекает ток, стабилизируемый цепью отрицательной обратной связи, содержащий первый второй линейные преобразователи 5 и 6 напряжения в ток. Величина тока первого, второго усилительных элементов 1 и 2 определяется величинами сопротивлений первого, второго, третьего, четвертого резисторов 15 18, токами элементов 3 4, а также соотношением площадей эмиттеров парно подобранных транзисторов первого, второго линейных преобразователей 5 и 6 напряжения в ток и токами их токозадающих элементов.

В случае изменения потенциала на входе 13 (например, его увеличения) происходит подзапирание транзистора первого линейного преобразователя 5 напряжения в ток и приоткрывание транзистора второго линейного преобразователя 6 напряжения в ток. В результате этого происходит увеличение входных потенциалов первого, второго усилительных элементов 1 и 2, приводящее к соответствующему увеличению потенциала на выходе 14. Использование первого, второго, третьего, четвертого шунтирующих элементов 13, 14, 19 и 20 на конденсаторах позволяет подать сигнал с входа 13 сразу на входы первого, второго усилительных элементов 1 и 2 и с их выходов в обход первого, третьего резисторов 15, 17 на второй, четвертый резисторы 16, 18 или выход 14 в зависимости от случая использования первого, второго делителей 9 и 10 напряжения (фиг. 1 или фиг. 2). При больших скачках сигнала на входе 13 ток первого, второго усилительных элементов 1 и 2 ограничивается транзисторами первого, второго нелинейных преобразователей 7 и 8 напряжения в ток.

Технико-экономическая эффективность использования предлагаемого технического решения по сравнению с известным заключается в существенном увеличении мощности, отдаваемой в нагрузку на высоких частотах, улучшении надежности работы, повышении быстродействия каскада по крайней мере в 2 раза за счет расширения полосы пропускания выходного каскада, уменьшения количества используемых при передаче сигнала активных приборов.

Похожие патенты RU2094942C1

название год авторы номер документа
МОСТОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1992
  • Ратаев В.В.
  • Чалов Е.И.
RU2041558C1
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 1993
  • Головко Ю.П.
  • Макашин В.В.
RU2057392C1
СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА 1991
  • Агаджанян А.С.
RU2024917C1
СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОДАХ СТОК-ИСТОК ТРАНЗИСТОРОВ ВЫХОДНОГО КАСКАДА ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ И ВЫХОДНОЙ КАСКАД ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Затыльский Л.В.
RU2261526C2
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 1992
  • Головко Ю.П.
  • Макашин В.В.
RU2054790C1
СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА 1991
  • Агаджанян Арам Суренович[Am]
RU2024916C1
Широкополосный усилитель мощности 1983
  • Борисов С.Д.
  • Петров П.Н.
  • Шамшин Р.В.
SU1194242A1
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 1993
  • Головко Ю.П.
  • Макашин В.В.
RU2060580C1
ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПОЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1994
  • Коровкин В.В.
  • Соснов Д.Л.
RU2068627C1
Множительно-делительное устройство 1980
  • Лапенко Вадим Николаевич
  • Герасин Игорь Константинович
SU888140A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 094 942 C1

Реферат патента 1997 года ВЫХОДНОЙ КАСКАД УСИЛИТЕЛЯ

Использование: в аналоговой вычислительной технике, например в дискретно-аналоговых преобразователях сигналов, устройствах считывания выходных сигналов интегральных микросхем с зарядовой связью, а также в широкополосных устройствах усиления мощности. Сущность изобретения: выходной каскад усилителя содержит два усилительных элемента, четыре преобразователя напряжения в ток, два делителя напряжения, два источника тока, а также шунтирующие элементы. Преобразователи напряжения в ток обеспечивают стабилизацию тока усилительных элементов и защиту от перегрузок, шунтирующие элементы образуют безынерционные каналы передачи сигнала в выходных цепях каскада, а также с входа каскада на вход усилительных элементов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 094 942 C1

1. Выходной каскад усилителя, содержащий первый и второй линейные преобразователи напряжения в ток, первый и второй токозадающие элементы, первый и второй усилительные элементы, первый и второй нелинейные преобразователи напряжения в ток, первый и второй элементы обратной связи, первые выводы которых соединены и являются выходом выходного каскада усилителя, второй вывод первого элемента обратной связи соединен с инвертирующим входом первого линейного преобразователя напряжения в ток и выходом первого усилительного элемента, вход которого соединен с выходами первого нелинейного преобразователя напряжения в ток, первого токозадающего элемента и первого линейного преобразователя напряжения в ток, второй вывод второго элемента обратной связи соединен с инвертирующим входом второго линейного преобразователя напряжения в ток и выходом второго усилительного элемента, вход которого соединен с выходами второго нелинейного преобразователя напряжения в ток, второго токозадающего элемента и второго линейного преобразователя напряжения в ток, неинвертирующие входы первого и второго линейных преобразователей напряжения в ток соединены и являются входом выходного каскада усилителя, отличающийся тем, что введены первый и второй шунтирующие элементы, первые выводы которых соединены с неинвертирующими входами, а вторые выводы с выходами первого и второго линейных преобразователей напряжения в ток соответственно, а первый и второй элементы обратной связи выполнены в виде делителей напряжения на первом, втором, третьем, четвертом резисторах соответственно, причем первые выводы первого и третьего резисторов соединены с неинвертирующими входами первого и второго нелинейных преобразователей напряжения в ток, а вторые выводы с инвентирующими входами первого и второго нелинейных преобразователей напряжения в ток соответственно, при этом шунтирующие элементы выполнены на конденсаторах, а первый и второй токозадающие элементы в виде соответствующих источников тока. 2. Каскад по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй усилительные элементы выполнены соответственно на первом и втором транзисторах с комплементарной структурой и включенных по схеме повторителя. 3. Каскад по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый линейный преобразователь напряжение в ток выполнен на третьем токозадающем элементе и согласованных третьем и четвертом транзисторах со структурой первого транзистора, второй линейный преобразователь напряжения в ток выполнен на четвертом токозадающем элементе и согласованных пятом и шестом транзисторах со структурой второго транзистора, причем эмиттеры третьего и пятого транзисторов являются неинвертирующими входами, а эмиттеры четвертого и шестого транзисторов являются инвертирующими входами первого и второго линейных преобразователей напряжения в ток соответственно, выходами которых являются коллекторы третьего и пятого транзисторов, базы которых подключены к выходам третьего и четвертого токозадающих элементов и к соединенным базе и коллектору четвертого и шестого транзисторов соответственно, при этом третий и четвертый токозадающие элементы выполнены в виде соответствующих источников тока. 4. Каскад по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что первый нелинейный преобразователь напряжения в ток выполнен на седьмом транзисторе со структурой первого транзистора и пятом резисторе, второй нелинейный преобразователь напряжения в ток выполнен на восьмом транзисторе со структурой второго транзистора и шестом резисторе, причем первые выводы пятого и шестого резисторов являются инвертирующими входами первого и второго нелинейных преобразователей напряжения в ток, неинвертирующими входами которых являются эмиттеры, а выходами коллекторы соответственно седьмого и восьмого транзисторов, базы которых подключены к вторым выводам пятого и шестого резисторов соответственно. 5. Каскад по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что в первом и втором элементах обратной связи первыми выводами являются первые выводы первого и третьего резисторов, вторые выводы которых соединены с первыми выводами второго и четвертого резисторов, вторые выводы которых являются вторыми выводами первого и второго элементов обратной связи соответственно. 6. Каскад по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что в первом и втором элементах обратной связи первыми выводами являются первые выводы второго и четвертого резисторов, вторые выводы которых соединены с первыми выводами первого и третьего резисторов, вторые выводы которых являются вторыми выводами первого и второго элементов обратной связи соответственно. 7. Каскад по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что в первый и второй элементы обратной связи введены третий и четвертый шунтирующие элементы на конденсаторах, первые выводы которых подключены к первым выводам второго и четвертого резисторов, а вторые выводы к вторым выводам второго и четвертого резисторов соответственно. 8. Каскад по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, отличающийся тем, что вторым и третьим входами выходного каскада усилителя являются выходы первого и второго токозадающих элементов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2094942C1

GB, заявка, 1434178, кл
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1

RU 2 094 942 C1

Авторы

Зубец Ю.А.

Даты

1997-10-27Публикация

1991-11-26Подача