ДВУХКАНАЛЬНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2010 года по МПК H03G3/30 H03F3/45 

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве усилителя переменного тока, коэффициенты передачи по напряжению которого (К_у1, К_у2) зависят от уровня сигнала управления (U_у). Такие устройства применяются в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, системах автоматической регулировки усиления, аналоговых перемножителях сигналов, активных фильтрах и т.п.

В радиоэлектронной аппаратуре находят применение двухканальные управляемые усилители (ДУУ) с одним входом и двумя выходами, относительно которых коэффициенты передачи по напряжению (К_у1, К_у2) изменяются противофазно - если К_у1 увеличивается пропорционально U_у (Вых.1) и обратно пропорционально (Вых.2) управляющему сигналу U_у. Например, для электронного управления частотой квазирезонанса ω_p активных RC-фильтров необходимо иметь управляемые усилители с как можно более широким диапазоном изменения отношений К_у1/К_у2 [1,2], т.к. отношение К_у1/К_у2, определяющее возможный диапазон перестройки частоты избирательной системы

,

где ω₀ - частота настройки RC-фильтра при К_у1=К_у2.

Для большинства применений необходимо также иметь К_у1К_у2≈const [1], что позволяет обеспечить постоянство эквивалентного затухания фильтра во всем диапазоне перестройки частоты.

Предлагаемое устройство может применяться для решения задач данного класса, а также в других случаях, требующих противофазного управления коэффициентами усиления К_у1 и К_у2.

В радиоэлектронной аппаратуре находят широкое применение ДУУ на базе ячеек Джильберта [3-15]. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству относится управляемый усилитель переменного тока, описанный в патенте США №4.331.929. Он содержит (фиг.1) источник входного 1 и управляющего 2 сигналов, первый 3 и второй 4 управляющие транзисторы, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы, базы которых объединены, коллектор первого 5 выходного транзистора связан с первой 7 цепью нагрузки и выходом 8 первого канала усиления, коллектор второго 6 выходного транзистора связан со второй 9 цепью нагрузки и выходом 10 второго канала усиления, эмиттер первого 5 выходного транзистора соединен с первым 11 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго 6 выходного транзистора соединен со вторым 12 токостабилизирующим двухполюсником.

Существенный недостаток известного двухканального управляемого усилителя (ДУУ) состоит в том, что закон изменения коэффициента передачи К_у1 со входа u_x на выход первого 8 канала усиления совпадает с законом изменения коэффициента передачи К_у2 со входа u_x на выход 10 второго канала усиления, т.е. и изменяются синфазно.

Основная цель предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых коэффициент передачи со входа u_x на выход 8 К_у1 первого канала усиления увеличивается пропорционально сигналу управления U_у, а коэффициент передачи со входа u_x на выход 10 К_у2 второго канала усиления уменьшается пропорционально сигналу управления U_у. При этом К_у1·К_у2≈const.

Поставленная цель достигается тем, что в управляемом усилителе переменного тока (фиг.1), содержащем источник входного 1 и управляющего 2 сигналов, первый 3 и второй 4 управляющие транзисторы, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы, базы которых объединены, коллектор первого 5 выходного транзистора связан с первой 7 цепью нагрузки и выходом 8 первого канала усиления, коллектор второго 6 выходного транзистора связан со второй 9 цепью нагрузки и выходом 10 второго канала усиления, эмиттер первого 5 выходного транзистора соединен с первым 11 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго 6 выходного транзистора соединен со вторым 12 токостабилизирующим двухполюсником, предусмотрены новые элементы и связи - источник входного сигнала 1 подключен к объединенным базам первого 5 и второго 6 выходных транзисторов, источник управляющего сигнала 2 включен между базами первого 3 и второго 4 управляющих транзисторов, эмиттер первого 3 управляющего транзистора связан с эмиттером первого 5 выходного транзистора через первый 13 разделительный конденсатор, эмиттер второго 4 управляющего транзистора связан с эмиттером второго 6 выходного транзистора через второй 14 разделительный конденсатор, причем эмиттеры первого 3 и второго 4 управляющих транзисторов связаны с соответствующими первым 15 и вторым 16 выходами дополнительной цепи 17 установления статического режима первого 3 и второго 4 управляющих транзисторов.

На фиг.1 показана схема режекторного фильтра на базе ТТ-моста, в котором для перестройки частоты квазирезонанса используется двухканальный управляемый усилитель переменного тока, в котором коэффициент передачи К_у1 изменяется прямо пропорционально сигналу управления, а К_у2 - противофазно К_у2.

На фиг.2 показана зависимость амплитудно-частотной характеристики фильтра фиг.1 при разных соотношениях К_у1/К_у2.

На фиг.3 показана схема двухканального управляемого усилителя (ДУУ) - прототипа.

На фиг.4 приведена схема заявляемого ДУУ в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.

Схема фиг.5 соответствует схеме фиг.4. Однако здесь для пояснения работы показаны направления постоянных и переменных токов.

На фиг.6 приведена схема ДУУ фиг.4 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар». Результаты ее моделирования показаны на фиг.7 - фиг.8:

- зависимость коэффициентов усиления К_у от частоты при разных напряжениях управления U_у (фиг.7);

- зависимость коэффициента усиления по напряжению К_у от напряжения управления U_у в диапазоне средних частот (фиг.8).

Двухканальный управляемый усилитель переменного тока фиг.2 содержит источник входного 1 и управляющего 2 сигналов, первый 3 и второй 4 управляющие транзисторы, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы, базы которых объединены, коллектор первого 5 выходного транзистора связан с первой 7 цепью нагрузки и выходом 8 первого канала усиления, коллектор второго 6 выходного транзистора связан со второй 9 цепью нагрузки и выходом 10 второго канала усиления, эмиттер первого 5 выходного транзистора соединен с первым 11 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго 6 выходного транзистора соединен со вторым 12 токостабилизирующим двухполюсником. Источник входного сигнала 1 подключен к объединенным базам первого 5 и второго 6 выходных транзисторов, источник управляющего сигнала 2 включен между базами первого 3 и второго 4 управляющих транзисторов, эмиттер первого 3 управляющего транзистора связан с эмиттером первого 5 выходного транзистора через первый 13 разделительный конденсатор, эмиттер второго 4 управляющего транзистора связан с эмиттером второго 6 выходного транзистора через второй 14 разделительный конденсатор, причем эмиттеры первого 3 и второго 4 управляющих транзисторов связаны с соответствующими первым 15 и вторым 16 выходами дополнительной цепи 17 установления статического режима первого 3 и второго 4 управляющих транзисторов.

В схеме фиг.4, в соответствии с п.2 формулы изобретения, цепь установления статического режима 17 содержит вспомогательный резистор 18, включенный между ее первым 15 и вторым 16 выходами, а также первый 19 и второй 20 дополнительные токостабилизирующие двухполюсники, связанные с ее соответствующими первым 15 и вторым 16 выходами.

Рассмотрим работу схемы фиг.5.

При нулевом напряжении управления U_у=0 ток через резистор 18 (I_у) равен нулю. Поэтому эмиттерные токи и, следовательно, дифференциальные сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 3 и 4 (r_Э3, r_Э4) определяются соотношениями:

где φ_т=26 мВ - температурный потенциал.

Следовательно, в диапазоне средних частот для УУ фиг.3 коэффициенты усиления по напряжению первого и второго каналов одинаковы

где R_н.8, R_н.10 - эквивалентное сопротивление нагрузки в цепи выходов 8 и 10.

Если управляющее напряжение U_y возрастает, то в резисторе 18 появляется ток

где R₁₈ - сопротивление резистора 18.

Поэтому суммарный ток эмиттера транзистора 4 уменьшается, а эмиттера транзистора 3 увеличивается:

Следовательно, с учетом (3) и (4) при R₁₈>>r_э коэффициенты передачи каналов будут определяться формулами

или

Таким образом, в заявляемом двухканальном УУ при U_y>0 коэффициент передачи первого канала увеличивается, а второго -уменьшается пропорционально U_y. При этом произведение К_у1·К_у2 при остается постоянным:

Данные теоретические выводы подтверждаются результатами компьютерного моделирования (фиг.7, фиг.8).

Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенное преимущество в сравнении с прототипом и может использоваться в аналоговых устройствах, требующих противофазного управления коэффициентами передачи каналов усиления.

Источники информации

1. Тытарь, А.Д. Активный RC-фильтр с косвенной перестройкой на основе двухзвенных ФНЧ и ФВЧ [Текст] / Д.Д.Тытарь, А.И.Калякин // Избирательные системы с обратной связью: межвузовский тематический научный сборник. - Вып.1. - Таганрог, 1973. - С.100-104.

2. Прокопенко Н.Н. Управляемые усилители для фильтров с косвенной перестройкой частоты [Текст] / Н.Н.Прокопенко // Избирательные системы с обратной связью: межвузовский тематический научный сборник. - Вып.1. - Таганрог, 1973. - С.119-122.

3. Патентная заявка США №2007/0090876.

4. Патентная заявка США №2006/0232334.

5. Патент США №4.227.256.

6. Патент США №6.958.653.

7. Патент США №6.480.066.

8. Патент США №4,331.929.

9. Патентная заявка США №2004/0251955.

10. Патентная заявка США №2005/0052239.

11. Патент США №6.958.653 fig.3.

12. Патент США №6.956.435.

13. Патент ЕР №1.369.992.

14. Патентная заявка США №2005/0099232.

15. Патент США №7.091.786 fig.1.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве усилителя переменного тока, коэффициенты передачи по напряжению которого (K_у1, K_у2) зависят от уровня сигнала управления (U_у). Такие устройства применяются в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, системах автоматической регулировки усиления, аналоговых перемножителях сигналов, активных фильтрах и т.п. Технический результат: сохранение постоянным произведения коэффициентов передачи по обоим каналам усиления. Двухканальный управляемый усилитель переменного тока (фиг.4) содержит источник входного (1) и управляющего (2) сигналов, первый (3) и второй (4) управляющие транзисторы (Т), первый (5) и второй (6) выходные транзисторы Т, базы которых объединены, коллектор Т (5) связан с первой (7) цепью нагрузки и выходом (8) первого канала усиления, коллектор Т (6) связан со второй (9) цепью нагрузки и выходом (10) второго канала усиления, эмиттер Т (5) соединен с первым (11) токостабилизирующим двухполюсником (ТДП), эмиттер Т (6) соединен со вторым (12) ТДП. Источник входного сигнала (1) подключен к объединенным базам Т (5) и Т (6), источник управляющего сигнала (2) включен между базами Т (3) и Т (4), эмиттеры Т (3) и Т (4) связаны соответственно с эмиттером Т (5) и с эмиттером Т (6) через первый (13) и второй (14) разделительные конденсаторы (К), причем эмиттеры Т (3) и Т (4) связаны с соответствующими выходами (15) и (16) дополнительной цепи (17) установления статического режима Т (3) и Т (4). 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Двухканальный управляемый усилитель переменного тока, содержащий источник входного (1) и управляющего (2) сигналов, первый (3) и второй (4) управляющие транзисторы, первый (5) и второй (6) выходные транзисторы, базы которых объединены, коллектор первого (5) выходного транзистора связан с первой (7) цепью нагрузки и выходом (8) первого канала усиления, коллектор второго (6) выходного транзистора связан со второй (9) цепью нагрузки и выходом (10) второго канала усиления, эмиттер первого (5) выходного транзистора соединен с первым (11) токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго (6) выходного транзистора соединен со вторым (12) токостабилизирующим двухполюсником, отличающийся тем, что источник входного сигнала (1) подключен к объединенным базам первого (5) и второго (6) выходных транзисторов, источник управляющего сигнала (2) включен между базами первого (3) и второго (4) управляющих транзисторов, эмиттер первого (3) управляющего транзистора связан с эмиттером первого (5) выходного транзистора через первый (13) разделительный конденсатор, эмиттер второго (4) управляющего транзистора связан с эмиттером второго (6) выходного транзистора через второй (14) разделительный конденсатор, причем эмиттеры первого (3) и второго (4) управляющих транзисторов связаны с соответствующими первым (15) и вторым (16) выходами дополнительной цепи (17) установления статического режима первого (3) и второго (4) управляющих транзисторов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цепь установления статического режима (17) содержит вспомогательный резистор (18), включенный между ее первым (15) и вторым (16) выходами, а также первый (19) и второй (20) дополнительные токостабилизирующие двухполюсники, связанные с ее соответствующими первым (15) и вторым (16) выходами.