СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА Российский патент 1998 года по МПК H03G11/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в интегральных аналоговых устройствах.

Известен способ ограничения тока (А.с. СССР N 1529410, кл. H 03 F 3/04), заключающийся в использовании нелинейности базо-эмиттерных p-n-переходов двух транзисторов, включенных по схеме с общей базой, причем входной ток подают на эмиттеры транзисторов, а выходной ток снимают с их коллекторов.

Недостатком данного способа является невозможность независимой установки уровня ограничения и малосигнального значения коэффициента передачи, а также низкая температурная стабильность зависимости выходного тока от входного.

Также известен способ ограничения тока (А.с. СССР N 434563, кл. H 03 F 1/32), заключающийся в том, что к электрической цепи, образованной встречно включенными по переменному току p-n-переходами прикладывают входное напряжение, а возникающий в цепи под его действием электрический ток используют в качестве выходного.

Недостатком этого способа является зависимость крутизны линейного участка передаточной характеристики от уровня ограничения тока и температуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ ограничения тока [1] заключающийся в том, что входной ток подают на первую нелинейную электрическую цепь, представляющую собой две образованные p-n-переходами электрические цепи, соединенные встречно-параллельно по переменному току.

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет осуществить двустороннее ограничение выходного тока, а также независимо устанавливать уровень ограничения и малосигнальное значение коэффициента передачи.

Цель изобретения получение двустороннего ограничения выходного тока, а также обеспечение возможности независимой установки уровня ограничения и малосигнального значения коэффициента передачи.

Поставленная цель достигается тем, что входной ток подают на первую нелинейную электрическую цепь, представляющую собой две образованные p-n-переходами электрические цепи, соединенные встречно-параллельно по переменному току, а возникающее на первой нелинейной электрической цепи под действием входного тока напряжение прикладывают ко второй нелинейной электрической цепи, образованной встречно включенными по переменному току p-n-переходами, в качестве выходного используют ток, протекающий во второй нелинейной электрической цепи.

Новым существенным признаком предложенного способа является то, что входной и выходной токи протекают через идентичные по температурным характеристикам электрические цепи, имеющие различный характер нелинейности. При этом первая нелинейная электрическая цепь в отличие от прототипа используется для формирования не выходного тока, а напряжения, подаваемого на вторую нелинейную электрическую цепь, составленную из встречно включенных p-n-переходов. Поэтому предложенный способ, сохраняя присущую прототипу низкую температурную чувствительность передаточной характеристики, обеспечивает двустороннее ограничение тока. При этом уровень ограничения определяется величиной токов смещения p-n-переходов второй нелинейной электрической цепи и не зависит от параметров первой нелинейной электрической цепи, а малосигнальное значение коэффициента передачи задается соотношением токов смещения и числа p-n-переходов первой и второй нелинейных электрических цепей. Вследствие этого уровень ограничения тока и малосигнальное значение коэффициента передачи могут выбираться независимо друг от друга.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства, с помощью которого может быть реализован предложенный способ ограничения тока.

Устройство содержит первую нелинейную электрическую цепь, образованную первой 1 и второй 2 электрическими цепями, состоящими из M последовательно включенных диодов каждая и соединенными встречно-параллельно по переменному току с помощью емкости 3, первый 4 и второй 5 транзисторы, базо-эмиттерные p-n-переходы которых совместно с p-n-переходами N-1 последовательно включенных диодов 6, N-1 последовательно включенных диодов 7 и емкостью 8 образуют вторую нелинейную электрическую цепь, генератор тока 9, задающий токи смещения p-n-переходов первой нелинейной электрической цепи, генераторы тока 10 и 11, задающие токи смещения p-n-переходов второй нелинейной электрической цепи и цепь нагрузки 12, к которой подключаются коллекторы транзисторов 4 и 5, являющиеся выходом устройства.

На фиг. 2 приведены нормированные передаточные характеристики, реализуемые с помощью предложенного способа и соответствующие различному числу p-n-переходов, используемых в первой и второй нелинейных электрических цепях.

Предложенный способ ограничения тока осуществляется следующим образом.

Первоначально подаются напряжения питания и смещения, а также токи генераторов тока 9, 10, 11 такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим. Далее подается входной ток.

Предположим, что частота входного сигнала много меньше граничной частоты переноса носителей тока через p-n-переход и граничной частоты коэффициента передачи по току транзисторов 4, 5 в схеме с общей базой, токи базы транзисторов и обратные токи p-n-переходов много меньше токов смещения, внутреннее сопротивление источников напряжений питания и смещения пренебрежимо мало, внутреннее сопротивление генераторов тока бесконечно велико, сопротивление емкостей 3 и 8 пренебрежимо мало по сравнению с динамическим сопротивлением p-n-переходов, параметры всех p-n-переходов идентичны, транзисторы 4, 5 имеют одинаковые параметры, выходной ток генератора тока 10 равен выходному току генератора тока 11.

При этом можно записать следующие соотношения, связывающие значения токов, протекающих в первой и второй нелинейных электрических цепях

где i_вх и i_вых входной и выходной токи соответственно;
i₁ и i₂ переменные токи, протекающие в первой и второй электрических цепях, образующих первую нелинейную электрическую цепь;
I₀₁- значение выходного тока генератора тока 9;
I₀₂ значение выходных токов генераторов тока 10 и 11;
ϕ_т температурный потенциал.

Выражения (1) позволяют выразить i_вых через i₁ и i₂, а уравнения (2) найти значения последних

Подставив значения токов i₁ и i₂ в (3), получим уравнение передаточной характеристики, реализуемой с помощью предложенного способа:

Малосигнальное значение коэффициента передачи равно

Как видно из выражения (5) и фиг.2, при стабилизированных токах I₀₁ и I₀₂ передаточная характеристика не зависит от температуры и соответствует двустороннему ограничению выходного тока, причем уровень ограничения равен ±I₀₂. Так как K₀ зависит не только от I₀₂, но и от I₀₁, M и N его величина может быть выбрана независимо от уровня ограничения выходного тока.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в интегральных аналоговых устройствах. Повышение температурной стабильности, реализуемой с помощью способа передаточной характеристики, и расширение диапазона регулирования крутизны ее линейного участка достигается тем, что в способе ограничения тока, заключающемся в использовании зависимости между напряжением, прикладываемым к первой нелинейной электрической цепи, содержащей два встречно включенных p-n-перехода, и переменным током, протекающим в этой цепи, напряжение, прикладываемое к первой нелинейной электрической цепи, получают путем пропускания входного тока через вторую нелинейную электрическую цепь, идентичную первой по температурным характеристикам, но отличающуюся от нее видом нелинейности, а также за счет введения в первую нелинейную цепь дополнительных p-n-переходов. 2 ил.

Способ ограничения тока, заключающийся в том, что входной ток подают на первую нелинейную электрическую цепь, представляющую собой две образованные p n-переходами электрические цепи, соединенные встречно-параллельно по переменному току, отличающийся тем, что возникающие на первой нелинейной электрической цепи под действием входного тока напряжение прикладывают к второй нелинейной электрической цепи, образованной встречно включенными по переменному току p n-переходами, в качестве выходного используют ток, протекающий во второй нелинейной электрической цепи.