Интегральный усилитель для стереофонической аппаратуры магнитной записи Советский патент 1983 года по МПК G11B5/02 

1

Изобретение относится к приборостроению, в частности к технике магнитной записи электрических сигналов, и может быть использовано при изготовлении интегральных микросхем для высококачественной стереофонической аппаратуры и в самой аппаратуре магнитной записи.

Известны и находят широкое применение в качестве элементов сложных схем и систем, в частности, в стереофонической аппаратуре магнитной записи интегральные усилители, выполненные в виде двухканальиых операционных усилителей 11.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухканальный интегральный усилитель для стереофонической аппаратуры магнитной записи, состоящий из двух идентичных каналов, каждый из которых содержит входной дифференциальный каскад на р-п-р транзисторах с

динамической нагрузкой на транзисторах противоположного типа проводимости, промежуточный каскад с входным и выходным транзисторами п-р-п типа с динамической нагрузкой, оконечный каскад на комплементарных транзисторах с элементами защиты от короткого замыкания, а также устройство обеспечения режима усилителя по постоянному току 12 3 .

10

Недостатком известного усилителя является сильная зависимость его параметров от технологических факторов в усовиях серийного производства, в 5 первую очередь, разброс тока потреблен1 я, а также коэффициента усиления, приводящая к уменьшению процента выхода годных изделий. Кроме того, известному усилителю присущи повышенные

20 нелинейные искажения как в области малых сигналов, так и в режиме максимальных значений выходного напряжения. 3 10 Цель изобретения - повышение воспроизводимости параметров и повышение процента выхода годных изделий в серийном производстве, а также увеличение линейности амплитудной харак теристики, а следовательно, и улучшение ряда электрических параметров при эксплуатации (максимальной ампли туды выходного напряжения и нелинейных искажений в области малых и больших сигналов). Поставленная цель достигается тем что в интегральный усилитель для стереофонической аппаратуры магнитной записи, состоящий из двух идентичных каналов, каждый из которых содержит входной дифференциальный каскад на р-п-р транзисторах, промежуточный каскад с входным, защитным и выходным п-р-п транзисторами с динамической нагрузкой выходного транзистора и защитным диодом, оконечный каскад на комплементарных транзисторах с резисторами в эмиттерных цепях и элементами защиты от перегрузки на двух транзисторах разного типа проводимости, устройство обеспечения режима усилителя по постоянному току, дополнительно введены между промежуточным и оконечным каскадами две пары транзисторов, последовательно соединенных первый со вторым и третий с четвертым с одинаковым в парах типом проводимости, подключенных к выходному транзистору промежуточного каскада и к транзистору его динамической нагрузки и имеющих одинаковый с ними тип проводимости, причем точки соединения транзисторов каждой из пар подключены соответственно к базам транзисторов оконечного каскада с противоположным им типом проводимости, переходы базаэмиттер первого и четвертого транзисторов подключены параллельно переходам база-эмиттер выходного транзистора и транзистора динамической нагру ки промежуточного каскада, базы второго и третьего транзисторов соединены между собой и с выходом промежуточ ного каскада, а их коллекторы - с соответствующими их типу проводимости шинами питания, при этом базы и эмиттеры транзисторов элементов защиты от перегрузки соединены соответственно между собой и подключены точками соединения баз к выходу усилителя, точками соединения эмиттеров - к выходу промежуточного каскада, а коллек В4 торами - к соответствующим их типу проводимости шинам питания, Такое схематическое построение интегрального усилителя для стереофонической аппаратуры магнитной записи позволяет получить повышенную стабильность тока потребления, его малые разбросы от образца к образцу, а также обеспечивает запас по усилению напряжения, что ведет к повышению процента выхода годных изделий в серийном производстве. Обеспечиваемые схемой уменьшение нелинейных искажений как в области малых, так и в области максимальных значений си1- налов и увеличение максимальной амплитуды выходного напряжения по сравнению с прототипом позволяет улучшить качественные показатели аппаратуры, выполненной с использованием предлагаемого усилителя. На фиг.1 представлена функциональная схема интегрального усилителя для стереофонической аппаратуры магнитной записи; на фиг.2 - схема одного из каналов усилителя; на фиг.З - один из вариантов выполнения схемы устройства обеспечения режима по постоянному току. Усилитель (фиг.1) состоит из двух идентичных каналов 1 и 2 усиления сигналов, а также устройство обеспечения режима по .постоянному току. Каждый из каналов 1 или 2 усиления (на фиг.2 изображен канал 1 усиления) содержит гальванически связаные между собой входной А, промежуточный 5 и выходной 6 каскады. Входной каскад выполнен на транзисторах 7 и 8 р-п-р типа гю дифференциальной схеме с активной нагрузкой на транзисторах 9 и 10 п-р-п типа и генератором тока на транзисторе.11, база которого подключена к транзистору 12, включенному диодом. Промежуточный каскад 5 содержит эмиттерный повторитель на транзисторе ТЗ п-р-п типа, выходной транзистор 1 п-р-п типа с активной нагрузкой на транзисторе 15 р-п-р типа, защитный транзистор 16 п-р-п типа, подключенный параллельно входу промежуточного каскада, а также защитный диод 17, включенный между входом и выходом промежуточного каскада 5- Выходной каскад 6 является каскадом усиления мощности. Он выполнен по двухтактной схеме на транзисторах 18 и 19 противоположного типа проводимое5100ти (комплементарных транзисторах) с резисторами 20 и 21 в эмиттерных цепях, причем в качестве коллектора транзистора р-п-р типа (19) используется подложка интегральной схемы. Между базами транзисторов 18 и 19 выходного каскада и выходом промежуточного каскада $ введены две пары транзисторов, последовательно соединенных первого 22 со вторым 23 и третьего 2k с четвертым 25 транзисторов с одинаковым в паре типом проводимости (р-п-р в первой паре - т(эанзисторы 22 и 23 и п-р-п во второй паре - транзисторы 2k и 25). Точка соединения транзисторов 22 и 23 первой пары под ключена к базе транзистора 18, а транзисторов и 25 - к базе транзистора 19, коллекторы - к соответст вующим шинам 2б и 27 питания, базы второго 23 и третьего 2k транзисторов соединены с выходом промежуточного каскада 5, переход база - эмиттер транзистора 22 подсоединен параллельно пепеходу база - эмиттер транзистора 15, а транзистора 25 параллельно транзистору k. Эмиттеры транзисторов и 25 через общий резистор 28 подключены к шине 26 питания. Транзисторы 22 и 23 выполнены подобно транзисторам 2 и 25, при этом в качестве коллектора транзистора 23 используется подложка интегрял ной схемы. Между выходом усилителя и выходом промежуточного каскада 5 включена пара п-р-п и р-п-р транзисторов 29 и 30, выполненных подобно транзисторам 18 и 19 выходного каскада. Базы и эмиттеры транзисторов 29 и 30 соединены соответ.ст венно между собой и подсоединены точ ками соединения баз к выходу усилите ля , точками соединения эмиттеров - к выходу промежуточного каскада 5, а коллекторами - к соответствующим шинам 26 и 27 питания. Схема работает следующим образом. При включении напряжения питания на шины 26 ( ройство 3 вырабатывает стабильный ток, питающий транзистор 12 в диодно включении. Падение напряжения на нем используется в качестве опорного для генераторов тока, выполненных на тра зисторах 11, 15 и 22 и обеспечивающи режим соответственно дифференциального входного k, промежуточного 5 и выходного 6 каскадов. Смещение выход ых транзисторов 18 и 19 определяется оками через смещающиеся транзисторы 3 и 2, задаваемые в свою очередь ранзисторами 22 и 25, и зависит как т токов этих транзисторов, так и от соотношения площадей эмиттеров транзисторов 15, 22 и 1, 25. Изменением величины тока через эти транзисторы, а также соотношения их площадей эмиттеров достигается симметричность и высокая линейность характеристик . усилителя в аппаратуре магнитной записи и хорошая воспроизводимость его параметров в серийном производстве. Ток покоя пары выходных транзисторов 18 и 19 повторяет с кратностью m ток через транзисторы 23 и 24 смещающей пары, где m - отношение площадей эмиттеров транзисторов 18, 19 и 23, .k соответственно. Дополнительно транзисторы 23 и 2k выполняют роль эмиттерных повторителей, включеных между выходом промежуточного 5 и входом выходного 6 каскадов, чем, значительно уменьшается влияние нагрузки на усиление промежуточного каскада 5 и увеличивается запас по усилению напряжения усилителя в целом. Входной сигнал, подаваемый на неертируемый + и/или инвертируемый входы каждого каналов 1 (2) усилителя, усиливается поочередно по напряжению дифференциальным входным k и промежуточным 5 каскадами и по мощности - выходным каскадом 6. При больших уровнях усиливаемого сигнала и перегрузках промежуточного каскада 5 срабатывает защита на транзисторе 16 и резисторе 28. Увеличение падения напряжения из резисторе 28 .выше определенного уровня открывает транзистор 1б, который шунтирует вход промежуточного каскада. При коротком замыкании или при перегрузке на выходе усилителя увеличивается ток в цепи транзисторов 18 или 19 и, соответственно, увеличивается падение напряжения на резисторах 20 или 21 в зависимости от полярности усиливаемого сигнала, которые поступают через открытые переходы база - эмиттер транзисторов 18 и 23 или 19 и 2 к транзисторам 29 или 30. Величина падения напряжения на переходах база - эмиттер транзисторов 18 и 23 (19 и 2) примерно равна для каждого транзистора, но противоположна по знаку и почти компенсирует друг друга, бЛТгодаря

7И3031

чему падение напряжения на резисторах 20 или 21 пропорционального выходному току,, практически полностью прилагается к переходу база - эмиттер защитных транзисторов 29 или 30. Последние, 5 открываясь при перегрузках или коротких замыканиях в нагрузочной цепи, шунтируют базовые цепи транзисторов 2 или 23, предотвращая тем самым дальнейшее возбуждение транзисторов 18 или 19 выходной пары.

Годовая экономическая эффективность от использования изобретения при серии 500 тыс.шт/год составляет 625.тыс.руб.

Формула изобретения

Интегральный усилитель для стереофонической аппаратуры магнитной записи, состоящий из двух идентичных каналов, каждый из которых содержит входной, дифференциальный каскад на р-п-р транзисторах, промежуточный каскад с входным, защитным и выходным п-р-п транзисторами, защитным диодом и динамической нагрузкой выходного транзистора, оконечный каскад на комплементарных транзисторах с резисторами в эмиттерных цепях и элементами защиты от перегрузки на двух транзисторах разного типа проводимости, устройство обеспечения режима усилителя п постоянному току, отличаюг щ и и с я тем, что, с целью повышения воспроизводимости параметров усилителя и повышения процента выхода годных в серийном производстве, а также увеличения линейности амплитудfffi tf

388

ной характеристики, в него дополнительно введены между промежуточ1:)ым и оконечным каскадами две пары транзисторов, последовательно соединенных первый со вторым и третий с четвертым с одинаковым в паре типом проводимост подключенных к выходному транзистору промежуточного каскада и к транзистор его динамической нагрузки и имеющих с ними тип проводимости, причем точки соединения транзисторов каждой из пар подключены соответственно к базам транзисторов .оконечного каскада с противоположным им типом проводимости, переходы база - эмиттер первого и четвертого транзисторов подключены параллельно переходам база - эмиттер выходного транзистора, базы второго и третьего транзисторов соединены между собой и с выходом промежуточоного каскада, а их коллекторы - с соответствующими их типу проводимости шинами питания, при этом базы и эмиттеры транзисторов элементов защиты от перегрузки соединены соответственно между собой и подключены точками соединения баз к выходу усилителя, точками соединения эмиттеров - к выходу промежуточного каскада, а коллекторами - к соответствующим их типу проводимости шинам питания.

Источники информац1 и, принятые во внимание при экспертизе

1. Transact ions on Broadcast and Television Reselvers, 1972,

№ 3, c. 201-203.

2.Каталог фирмы Raytheon Linear Integrated Circuits, США, 1976 (прототип).

MJfff

-о

St/JTffff o

ffg.f фиг. I 04 0-/