Широкополосный усилитель Советский патент 1983 года по МПК H03F1/42 

1

Изобретение относится к радиотехнике и используется в высокоскоростных систек(ах свмзи и электроизмерительных установках по изучению быстропротекающих процессов в качестве входного и промежуточного усилителя линейного тракта системы„

Известен широкополосный усилитель, содержащий последовательно включенные каскадные секции, соединенные между собой емкостной связью и содержащие местную отрицательную обратную связь (не комплексную) стабилизирует характеристики данного усилителя, но приводит к сужению полосы усиления и уменьшению добротности .

Известен широкополосный усилитель, содержащий первую каскадную схему, состоящую из первого транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером и второго транзистора, включенного по схеме с общей базой, охваченную цепью местной отрицательной

обратной связи, и третий транзистор включенный по схеме с обцин эмиттером, база которого соединена с коллектором второго транзистора а также содержит цель общей отрицательной обратной связи последовательного типа, при этом первый и второй транзисторы имеют один тип проводимости а третий транзистор - другой тнп проводимости 2 ),.

Однако присутствие в схеме относительно инерционного каскада с об|||им эмиттером снижает верхнюю граничную частоту усилителя и добротность каскада в целом.

Цель изобретения - повышение добротности широкополосного усилителя и- максимальное использование площади усиления каждого из транзисторов, входящих в схему, что эквивалентно увеличению верхней граничной частоты усиления,

Поставленная цель достигается тем, что в широкополосный усилитель введен дополнительный транзистор, аклю ченный по схеме с общей базой между коллектором третьего транзистора и выходом широкополосного усилителя, образуя с третьим транзистором вторуго каскадную схему, причем коллектор дополнительного транзистора чс рез цепь общей отрицательной обратно связи последовательного типа соедине с эмиттером первого транзистора, при этом дополнительный транзистор имеет тот же тип проводимости, что и тип проводимости третьего транзистора„ На чертеже представлена принципиальная Электрическая схема широног полосного усилителя. Усилитель содержит первый, второй, третий транзисторы 1-3 и дополнительный транзистор 4, цепь мест ной отрицательной обратной связи, состоящую из резистора 5 и конденсатора 6, резистор 7 общей отрицательной обратной связи последовательного типа, резисторы 8-15, конденсаторы 16-19.фильтров, нагрузочный резистор 20 (или 21)„ К выходу широкополосного усилителя может быть подключен коаксиальный кабель 22„ Усилитель работает следующим образоМоВходной сигнал поступает на перву пару каскадносвязанных первого и вто рого транзисторов 1 и 2, При передаче фронта импульса действует отрицательная обратная связь, обусловленная наличием цепи из резистора 5 и конденсатора 6, а именно конденса- тор 6 шунтирует резистор 5 который уменьшает коэффициент усиления на всех частотах Причем шунтирующее де ствие конденсаторов обратно пропорционально частоте усиливаемого сигна ла. Таким образом, за счет наличия этой цепи увеличивается площадь усил ния в области высоких частот. Выходное сопротивление каскадной схемы на порядок выше, чем у известных схе с общей базой и общим эмиттером, что также способствует увеличению доброт ности Сигнал, усиленный первым и вторым транзисторами 1 и 2, поступает непосредственно на вход третьего и дополнительного транзисторов 3 и + также соединенных а каскадную схему,. Отсутствие разделительного конденсатора в цепи прохождения сигнала спо.собствует увеличению добротности уси лителя, расширению е.го по.посы пропус кания и исключает ,, на вершин© импульса, обусловлен5:ыв переходными процессами в схеме Симметричное построение первой и второй каЬкадных пар позволяет легко ввести общую отрицательную обратную связь последовательного типа с выхода усилителя на эмиттер первого транзистора 1, так как они оказываются под примерно одинаковыми потенциалами. Во второй паре транзисторов местная обратная связь не применяется, поскольку это не дает возможности восстановить добротность каскада до предельного значения Выигрыш же добротности получается за счет использования общей отрицательной обратной связи, которая при этом стабилизирует характеристики широкополосной устойчивости,. Вместе с тем она позволяет согласовать потенциалы входа и выхода , что особенно важно при гальваническом соединении нескольких таких усилительных секций с целью получения большого коэффициента усиления. Выходной сигнал выделяется на резисторе 20с, При необходимости широкополосный усилитель может работать на коаксиальный кабель 22 с согласованной нагрузкой, что удобно при использовании данного каскада в качестве предусилителя сигнала датчика с последующей передачей импульса на вход основного усилителя В этом случае номинал резистора 8 второго каскада (он будет играть при этом роль нагрузки первого каскада) с целью согласования выбирают равным волновому сопротивлению линии передачи, В предлагаемом широкополосном усилителе получен больший коэффициент усиления при меньшем собственном времени нарастания, чем у прототипа, . т.е. данная реализация обладает более высокой добротностью. При этом необходимо учесть следующие обстоятельства. Добротность широкополосного усилителя оценивают как произведение коэффициента усиления К на верхнюю граничную частоту. I --Kufэ--Ku | Но при соединении N каскадов общий коэффициент усиления усилителя равен К, где Ку - коэффициент усиления по напряжению одного каскада, а общая граничная частота равна-fn/VN где р) - граничная частота одного каскада. Добротность многокаскадного усилителя при этом -оказывается равной , /т , т.ео возрастает с увеличением числа каскадов в сложном усилителе. В итоге понятие добротное ти для сложного усигмтеля не отражает истинные частотные и усилительные свойства схемы и особенно степень ис пользования добротности каждого из входящих в нее транзисторов. Степень добротности усигмтелей и степень использования площади усиления каждого из входящих в усилитель транзисторов оценивают с. помощью фор мул, согласно которым добротность не зависит от числа каскадов: приведенная добротность DM 1 и-- иЦБ б У2оес Кц.5, приведенная добротность на один тран зистор DN-I /Ки(5Б)в T/20g(Ku-0,b5 VI и.-Ьи где W - число транзисторов, входящих в схему V Предлагаемый широкополосный усили тель обладает более высокой приведен ной добротностью, чем даже усилитель с распределенными параметракв. Кроме того, наиболее полно используется площадь усиления каждого применяемого транзистора, что свидетельствует об экономичности, так как с ее помощью можно получить требуемые усилительные и частотные характеристики, используя меньшее количество транзистороВо Широкополосный усил тель может быть реализован средствами микроэлектронной технологии„ Итак сфера применения предлагаемого широкополосного усилителя может быть зна чительно увеличена, -в результате чего устраняется необходимость разработки ряда усилителей с собственным временем нарастания импульса по рядка десятых долей наносекунд. Использование предлагаемого широк полосного усилителя в линейном тракт времяизмерительного комплексас пикосекундным разрешением на основе многоканального временного анализатора позволяет создать аппаратуру, имеющую более высокую чувствительность, чем известная аппаратура, применяемая для тех же целей о формула изобретения Широкополосный усилитель, содержащий первую каскадную схему, состоящую из первого транзистора, включенного . по схеме с qбщим эмиттером, и второго транзистора, включенного по схеме с общей базой, охваченную цепью местной отрицательной обратной связи, и третий транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, база которого соединена с коллектором второго транзистора, а также содержащий цепь общей отрицательной обратной связи последовательного типа, при этом первый и второйтранзисторы имеют один тип проводимости, а третий транзистор другой тип проводимости, отличающийся тем, что,с целью повышения добротности и максимального использования площади усиления каждого из транзисторов, введен дополнительный транзистор, включенный по .схеме с общей базой между коллектором третьего транзистора и выходом широкополосного усилителя, образуя с третьим транзистором вторую каскадную схему, причем коллектор дополнительного транзистора через цепь общей отрицательной обратной связи последовательного типа соединен с эмиттером первого транзистора, при этом дополнительный транзистор имеет тот же тип проводимости, что и тип .проводимости третьего транзистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Заявка ФРГ № 1512725, кл. Н 03 F 1/+2. 2,Molea М.А,, 1000 MHz broad-band amplifier, Int., J. Electronics, 1979,t6, N Ц, p. (прототил)..