МНОГОЗВЕННЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИК Российский патент 1999 года по МПК H03H7/24 H03G1/04 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемных устройствах различного назначения, в частности в качестве электронных аттенюаторов в межкаскадных цепях для регулирования коэффициента усиления по напряжению в усилителях промежуточной частоты.

Известен сложный управляемый четырехполюсник, обеспечивающий постоянство эквивалентного сопротивления нагрузки усилительного каскада в процессе регулировки усиления и приведенный в книге Г.М. Крылова и Г.А. Смирнова Транзисторные усилители с автоматической регулировкой усиления, Москва-Ленинград, Энергия, 1967, с. 137, рис. 84. Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения равномерной частотной характеристики в широком диапазоне частот.

Известен управляемый четырехполюсник с эмиттерными повторителями в качестве развязки на входе и выходе, электрическая принципиальная схема которого приведена в книге Г.М. Крылова и др. Принципы и методы регулировки усиления в транзисторных усилителях, издание второе, переработанное и дополненное. Москва, Энергия, 1974, с.116, рис. 5-21. Недостаток устройства - нелинейные искажения сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому многозвенному управляемому четырехполюснику является многозвенный (с числом звеньев два и более) управляемый четырехполюсник (аттенюатор), электрическая принципиальная схема которого приведена в книге Г.М. Крылова и др. Принципы и методы регулировки усиления в транзисторных усилителях, издание второе, переработанное и дополненное, Москва, Энергия, 1974, с. 104, рис. 5-16. Указанной многозвенный управляемый четырехполюсник представляет собой каскадное соединение нескольких Г-образных диодно-резисторных звеньев, имеющих одинаковую структуру и разделенных на входе и выходе эмиттерными повторителями в качестве элементов развязки.

Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения с высокой точностью дискретного ослабления сигналов.

Техническим результатом является обеспечение с высокой точностью дискретного ослабления усиливаемых сигналов.

Указанный технический результат достигается тем, что в многозвенном управляемом четырехполюснике, выполненном в виде каскадного соединения имеющих одинаковую структуру и разделенных на входе и выходе эмиттерными повторителями двух и более Г-образных звеньев, каждое из которых содержит резистор в последовательном плече и диод - в параллельном, точка соединения выхода эмиттерного повторителя и резистора последовательного плеча подключена через развязывающий резистор к источнику повышенного напряжения питания, в параллельное плечо между диодом и резистором последовательного плеча введен дополнительный резистор, а диод через конденсатор соединен с общей шиной и коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через развязывающий резистор соединена с источником пониженного напряжения питания и с выходом последовательного соединения двух ключей, на управляемые входы первого из них подается управляющее напряжение высокого ТТЛ-уровня.

На чертеже приведена электрическая принципиальная схема предлагаемого многозвенного управляемого четырехполюсника.

На чертеже многозвенный управляемый четырехполюсник представляет собой каскадное соединение двух звеньев, имеющих одинаковую структуру. Первое звено представляет собой делитель напряжения сигнала Г-образного типа, последовательное звено которого образовано резистором 1, а параллельное содержит последовательное соединение резистора 2 и диода 3. На входе и выходе четырехполюсника включены эмиттерные повторители 4 и 5. Точка соединения выхода эмиттерного повторителя 4 и резистора 1 через развязывающий резистор 6 подключена к источнику повышенного напряжения питания E₁. Диод 3 снабжен с блокировочным конденсатором 7 и коллектором транзистора 8, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через резистор 9 подключена к источнику пониженного напряжения питания E₂, и к выходу последовательного соединения ключей 10 и 11. Напряжение E₂ может быть получено при использовании делителя напряжения источника питания E₁. Второе звено многозвенного управляемого четырехполюсника также представляет собой делитель напряжения сигнала Г-образного типа, последовательное плечо которого содержит резистор 12, а параллельное выполнено в виде последовательного соединения резистора 13 и диода 14. Точка соединения выхода эмиттерного повторителя 5 и резистора 12 через развязывающий резистор 15 подключена к источнику повышенного напряжения питания E₁. Диод 14 соединен с общей шиной через блокировочный конденсатор 16 с коллектором транзистора 17, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через резистор 18 подключена к источнику пониженного напряжения питания E₂ и к выходу последовательного соединения ключей 19 и 20. Выход второго звена многозвенного управляемого четырехполюсника подключен ко входу эмиттерного повторителя 21. В качестве ключей 9, 10 и 18, 19 могут быть использованы элементы микросхемы 590КН5 бко. 347.000.ТУ7.

Многозвенный управляемый четырехполюсник работает следующим образом. Как было ране сказано, многозвенный управляемый четырехполюсник, представляющий собой по сути дела электронный аттенюатор, используется в качестве элемента межкаскадной связи для дискретной регулировки коэффициента усиления в высококачественных усилителях промежуточной частоты. Напряжение сигнала поступает на вход эмиттерного повторителя 4 и снимается с нагрузки эмиттерного повторителя 21. Когда на управляемых входах ключей 10 и 19 отсутствуют управляющие напряжения соответственно U_упр.1 и U_упр.2, а точнее говоря, ULупр.1

и ULупр.2 соответствуют напряжению низкого ТТЛ-уровня, транзисторы 8 и 17 закрыты. Поэтому сопротивления параллельного плеча, содержащего последовательное соединение резистора 2, диода 3 и транзистора 8, в первом звене и параллельного плеча, содержащего последовательное соединение резистора 13, диода 14 и транзистора 17 во втором звене очень велики и не шунтируют входные сопротивления соответственно эмиттерных повторителей 5 и 21. Тогда, коэффициент передачи по напряжению делителя Г-образного типа в первом звене определяется по формуле

где R_вх.5 - входное сопротивление эмиттерного повторителя 5;
R₁ - сопротивление резистора 1.

Соответственно коэффициент передачи по напряжению делителя Г-образного типа во втором звене определится по формуле

где R_вх.21 - входное сопротивление эмиттерного повторителя 21;
R₁₂ - сопротивление резистора 12.

Поскольку R₂ << R_вх.5, а R₁₂ << R_вх.20 и принимая во внимание, что коэффициенты передачи по напряжению эмиттерных повторителей 5 и 21 близки к единице, сигнал, поданный на вход эмиттерного повторителя 5, передается на выход эмиттерного повторителя 21 с незначительным ослаблением. Когда управляющие напряжения U_упр.1 и U_упр.2 на управляемых входах ключей 10 и 19 принимают значения напряжений высокого ТТЛ-уровня, или UHупр.1

и UHупр.2 , транзисторы 8 в первом звене и 17 во втором звене открываются. По последовательным цепям источник питания E₁ - резистор 6 - резистор 1 - резистор 2 - диод 3 - транзистор 8 в первом звене и источник питания E₁ - резистор 15 - резистор 12 - резистор 13 - диод 14 - транзистор 17 протекают токи, значения которых определяются величинами напряжения питания E₁ и сопротивлений в ранее указанных цепях, в результате чего дифференциальные сопротивления диодов 3 и 14 резко падают. При этом следует отметить, что в книге Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений под редакцией Н.И. Горюнова, Ю.Р. Носова, Москва, Сов. радио, 1968, с. 68 приведена зависимость полного прямого дифференциального сопротивления диодов различных типов от величины прямого тока. Указанная зависимость показывает, что полное прямое дифференциальное сопротивление диода уменьшается при увеличении протекающего тока. Следовательно, при заданных значениях сопротивлений развязывающих резисторов и резисторов в плечах делителей в первом и втором звеньях многозвенного управляемого четырехполюсника и использования относительно повышенного напряжения источника питания E₁ обеспечивается значение дифференциального сопротивления при применении переключающих диодов не более нескольких единиц. В то время для питания ключей, выполненных на логических микросхемах ТТЛ-уровня, а также эмиттерных повторителей используется пониженное напряжение питания E₂, значение которого определяется применением ранее упомянутых схем.

При наличии в схеме предлагаемого многозвенного управляемого четырехполюсника конденсаторов 7 и 16, осуществляющих блокировку по переменному току, коэффициент передачи по напряжению К делителя Г-образного типа в первом звене определяется по формуле

где R₂ - сопротивление резистора 2,
R₃ - дифференциальное сопротивление диода 3.

Соответственно коэффициент передачи по напряжению делителя Г-образного типа во втором звене определяется по формуле

где R₁₃ - сопротивление резистора 13;
R₁₄ - дифференциальное сопротивление диода 14.

На основании сказанного ранее можно считать, что R₃ << R₂, а R₁₄ << R₁₃, тогда

а

Из двух последних выражений очевидно, что предлагаемый многозвенный управляемый четырехполюсник при использовании резисторов 1, 2, 12 и 13 с малыми отклонениями номинальных значений их сопротивлений обеспечивает высокую точность дискретного ослабления усиливаемых сигналов.

Как показали приведенные исследования, предлагаемый многозвенный управляемый чытырехполюсник позволяет с высокой точностью получить ослабление усиливаемых сигналов с глубиной дискрета, 1,1 дБ.

Рассмотренные ранее случаи работы предлагаемого устройства, когда управляющие напряжения U_упр.1 и U_упр.2 одновременно принимают значения низкого или высокого ТТЛ-уровней являются крайними, поскольку в процессе работы многозвенного управляемого четырехполюсника имеют место такие режимы работы, при которых управляющее напряжение ULупр.1

подается на первое звено, а управляющее напряжение UHупр.2 подается на второе звено. Например, если первое звено предлагаемого многозвенного управляемого четырехполюсника обеспечивает ослабление 1,1 дБ, а второе - 2,2 дБ, то для получения ослабления равного 1,1 дБ, необходимо подать управляющее напряжение UHупр.1 только на первое звено, для получения ослабления равного 2,2 дБ, необходимо подать управляющее напряжение UHупр.2 только на второе звено. И лишь для получения ослабления, равного 3,3 дБ, нужно подать оба управляющих напряжения UHупр.1 и UHупр.2 .

Очевидно, что каскадное соединение ранее указанных звеньев с различными значениями ослабления в каждом звене позволяет обеспечить с высокой точностью в необходимых пределах дискретное ослабление усиливаемых сигналов. А это в свою очередь позволяет при построении высококачественных усилителей с функциональными амплитудными характеристиками обеспечить высокую степень стабильности частотной и переходной характеристики при изменяющемся в широком динамическом диапазоне уровне входного воздействия.

Изобретение используется в радиоприемных устройствах различного назначения. Многозвенный управляемый четырехполюсник выполнен в виде каскадного соединения имеющих одинаковую структуру и разделенных на входе и выходе эмиттерными повторителями двух и более Г-образных звеньев, каждое из которых содержит резистор в последовательном плече и диод в параллельном. Точка соединения выхода эмиттерного повторителя и резистора последовательного плеча подключена через развязывающий резистор к источнику повышенного напряжения питания, в параллельное плечо между диодом и резистором последовательного плеча введен резистор, а диод через конденсатор соединен с общей шиной и коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через развязывающий резистор соединена с источником пониженного напряжения питания и с выходом последовательного соединения двух ключей, управляемые входы первого из которых соединяются с управляющим напряжением высокого ТТЛ-уровня. Технический результат - обеспечение с высокой точностью дискретного ослабления усиливаемых сигналов. 1 ил.

Многозвенный управляемый четырехполюсник, выполненный в виде каскадного соединения имеющих одинаковую структуру и разделенных на входе и выходе эмиттерными повторителями двух и более Г-образных звеньев, каждое из которых содержит резистор в последовательном плече и диод в параллельном, отличающийся тем, что точка соединения выхода эмиттерного повторителя и резистора последовательного плеча подключена через развязывающий резистор к источнику повышенного напряжения питания, в параллельное плечо между диодом и резистором последовательного плеча введен резистор, а диод через конденсатор соединен с общей шиной и коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через развязывающий резистор - с источником пониженного напряжения питания и с выходом последовательного соединения двух ключей, управляемые входы первого из которых соединяются с управляющим напряжением высокого ТТЛ-уровня.