Интегральный усилитель воспроизведения для стереофонических магнитофонов Советский патент 1983 года по МПК G11B5/02 

Изобретение относится к приборостроению, в чрстнпсти к технике магнитной записи и воспроизведения элект рических сигналов, И-может найти применение при изготовлении интегральных микросхем усилителей воспроизведения и их применении в стереофонических магнитофонах, а также в другой радиоэлектронной аппаратуре в качестве малошумящих двухканальных усилителей . Усилители воспроизведения для магнитофонов, в том числе и интегральные строятся, как правило, в виде одной или нескольких двухкаскадных схем, охваченных последовательно-параллельной или параллельно-последовательной отрицательной обратной связью (ООС) Известны двухкаскадные микросхемы (ИС) типа ID 3115, ID 3150 и SE 501, выполненные на транзисторах п-р-п типа и охваченные параллельно-последовательной ООС 13 . К недостаткам данных микросхем следует отнести низкий коэффициент усиления, значительный коэффициент гармоник при перегрузках и невысокие шумовые свойства. Известна также двухканальная мадошумящая интегральная микросхема типа IM381 для построения усилителей воспроизведения стереомагнитофонов, состоящая из двух идентичных каналов, каждый из которых содержит выполненные на транзисторах п-р-п-типа и промежуточный каскады усилителя напряжения с резисторами обратной связи, выходной эмиттерный повторитель с динамической нагрузкой и источник смещающего напряжения. При использовании ИС 1 М381 в усилителях воспроизведения магнитофонов, где требуется минимально допустимый уровень шума, во входном каскаде используется только одно плечо дифференциальной схемы 12. 3 10 к недостаткам указанной схемы относится, то, что в режиме усилителя воспроизведения магнитофона она требует либо поддержание высокой точнос ти изготовления входящих в нее элементов схемы (особенно резистивной нагрузки первого каскада) что снижае процент выхода годных изделий в производстве ИС, либо, введения дополнительных внешних регулировочных элементов при ее использовании в аппаратуре, что увеличивает трудоемкость ее изготовления. Другой недостаток такой микросхемы заключается в том, что нормаль ное функционирование схемы в таком включении обеспечивается в ограничен ном диапазоне значений элементов цепей ООС, задающий рабочий режим и форму амплитудно-частотной хлрактеристики (A4XJ усилителя. Действи.тельно, значение коллекторной нагруз ки ИС 1 М381 составляет 200 кОм. Тех нологически при изготовлении полу- ч (проводниковой интегральной м.икросхем получение резисторов больших величин весьма затруднительно. Типичные значения допусков изготовления таких номиналов резисторов составляют величину +50, а это ведет к изменению на такую же величину коллекторного тока, и, следовательно, изменению ус ловия оптимального согласования сопротивления магнитной головки, входного сопротивления усилителя и его шумо вых характеристик, т.е. ведет к нестабильности воспроизведения электрическ параметров. Схемотехническое построен 1ИС таково, что при использовании внутреннего эмиттерного резистора 10 кОм значение элементов цепи -ООС ограничивается суммарной величиной 100-150 кОм, а шунтирование эмиттер1.ного резистора с целью уменьшения влияния изменений тока 1-го каскада приводит к неоправданному увеличению емкости и габаритов конденсаторов частотноформирующей цепи. Цель изобретения - повышение воспроизводимости электрических параметров усилителя приего изготовлени и уменьшение критичности к величинам частотноформирующих элементов. Указанная цель достигается тем, что в интегральный усилитель воспро изведения для стереофонических магнитофонов, каждый канал которого содержит выполненные на транзисторах 94 n-p-a-типа входной и промежуточный каскады усилителя напряжения с.резистивными коллекторными нагрузками и резисторами параллельно-послейовательной обратной связи в цепях базы и эмиттера транзисторов соответственно входного и промежуточного каскадов, выходной эмиттерный повторитель с динамической нагрузкой и источник смещающего напряжения на п-р-п-транзисторах в диодном включении, между входным и промежуточным каскадами дополнительно введены первый, второй и третий транзисторы, первый из которых п-р-п-типа подключен базой к коллектору транзистора входного каскада, коллектором - к баЗам второго и третьего транзисторов р-п-р-типа и через резистор - к эмиттеру второго транзистора и коллектору транзистора промежуточного каскада, а эмиттером к точке соединения резисторов параллельно-последовательной обратной связи и через резистор - к коллектору второго транзистора и базе транзистора промежуточного каскада, коллектор третьего транзистора подсоединен к отрицательной шине источника питания, а его эмиттер и база транзистора динамической нагрузки выходного эмиттерного повторителя - к источнику смещенного напряжения, Кроме того, в интегральном усилителе резистор в базовой цепи транзистора входного каскада выполнен в базовом р-слое с уменьшенным поперечным сечением при помощи эмиттерного п слоя. Схематическое построение позволяет реализовыь в интегральном виде малошумящий стереофонический усилитель воспроизведения с параметрами, некритичными к технологическим факторам в процессе его изготовления. Применение интегральной схемы на связано с дополнительным включением внешних элементов для создания рабочего режима, а значения, элементов частотноформирующей цепи могут быть выбраны в более широком диапазоне. На чертеже изображена схема предлагаемого усилителя. Усилитель состоит из двух идентичных каналов 1 и 2, каждый из которых (на чертеже представлена полная схема канала 1) содержит входной 3, промежуточный и выходной 5 каскады усиления и источник 6 смеша510ющего напряжения. Входной каскад 3 выполнен на транзисторе 7 п-р-п-типа включенном по схеме с общим эмиттеро и подключенном коллектором через нагрузочный резистор 8 к источнику 6 смещающего напряжения, а эмиттером через вывод 9 интегральной схемы и дополнительный внешний резистор 10 к отрицательной шине 11 источника пи тания усилителя. База транзистора 7 через вывод 12 ИС и внешний разделительный конденсатор 13 соединена с источником сигнала (магнитной головкой) (не показана), а через режимный резистор I - с промежуточным каскадом k. Промежуточный каскад k образован транзистором 15 п-р-п-типа. Его коллектор через нагрузочный резистор 16 соединен с положительной шиной 17 источника питания, а эмиттер через последовательно включенные резисторы 18 и 19 обратной связи - с отрицательной шиной 11 источника питания усилителя. Точка соединения резисторов 18 и 19 через резистор 20 подключена к режимному резистору It входного каскада, а через вывод 21 ИС - к внешему --онденсатору 22 фильт ра. Резисторы Н, 19 и 20 образуют цепь параллельно-последовательной ООС, охватывающей входной 3 и промежуточный Ц каскады усилителя, между которыми дополнительно введены первый 23 п-р-п-типа, второй 2 .и трети 25 р-п-р типа транзисторы. Коллектор транзистора 23 соединен с базами транзисторов и 25. а. через резистор 2б - с эмиттером транзистора 2k и нагрузкой 16 транзистора 15- Эмиттер транзистора 23 и коллектор транзистора 2k через резистор 27 подключен к точке соединен резисторов 18-20, а база - к коллектору транзистора 7. Коллектор транзистора 25 подключен к отрицательной шине 11 источника питания, а эмиттер к источнику 6 смещающего напряжения. Выходной каскад 5 представляет собой эмиттернэ1й повторитель с динамической нагрузкой и защитой от перегрузки, выполненные соответственно на транзисторах 28-30 п-р-п-типа. База транзистора 28 соединена с коллектором транзистора 15 промежуточного каскада А, а база транзистора 29 - с источником 6 смещающего напряжения. 96 Источник 6 состоит из источника еизменного тока на транзисторах 31 32 р-п-р-типа, полевого транзистоа 33 (используемого в качестве высооомного резистора) и цепочки послеовательно соединенных транзисторов п-р-п-типа в ДИОДНОМвключении, паение напряжения на которых используется для задания режима по постоянному току интегрального усилителя воспроизведения. На чертеже для примера показана цепочка из четырех транзисторов . Режимный резистор 1 выполнен в базавом р-слое кристалла с уменьшенным поперечным сечением при помощи эмиттерного слоя. Усилитель работает следующим образом. ( При подаче на усилитель внешнего питающего напряжения по шинам 17 лит -пмт источнике 6 смещающего напряжения на каждом прямосмещенном переходе база-эмиттер транзисторов в диодном включении устанавливается напряжение (l около 0,7 В. Напряжение, равное 3Uj (три последовательно включенных перехода) , используется для питания входного каскада, 3, а равное 21) и напряжению, развиваемой всей цепочкой - для смещения транзисторов 29 и 25 соответственно. Коллекторное напряжение транзистора 7 равное сумме напряжения база эмиттер транзистора 23 и падения напряжения на резисторе 19, близкому к Ui- транзистора 7, устанавливается примерно равным 2Ug . Его ток, определенный разностью питающего (3Ur ) и коллекторного (2Ug,) напряжении транзистора 7. является достаточно стабильным (стабильность сравнительно невысокоомного резистора 8 нагрузки 10-15 кОм легко обеспечивается в условиях серийного производства) , что благоприятно сказывается на воспроизводимости шумовых характеристик предлагаемого усилителя. Резистор 1 цепи ООС для сохранения высокого входного сопротивления усилителя выполнен высокоомным, а два других 20 и 10 - низкоомными, достаточными для нормирования усиления промежуточного каскада и усилителя в целом. Падение напряжений на резисторе 1 обусловлено базовым током транзистора 7 и составляет около 710 0,1 LL , т.е. сравнимо с величиной Ur , тогда как падение напряжения на резисторах 20 и 10, составляющее в сумме не более 0,01 Ug, практически не оказывает влияния на усилит ля. В процессе изготовления ИС величина и воспроизводится стабильно. Указанная особая форма выполнения ре зистора И обуславливает связБ между изменениями его абсолютной величины (весьма значительными в условиях про изводства и достигающими +501), величины статистического коэффициента передачи по току, .а значит и величин тока базы транзистора 7. Благодаря этому падение напряжения на резисторе Т поддерживается с высокой точно тью, а падение..напряжения на резисто ре 19, равное сумме напряжений Ug транзистора 7 и падениям напряжений на резисторах ООС 1, 20 и 10, сохра няется неизменным. Отношение резисторов 16 и 19, в свою очередь, также поддерживается в узком диапазоне допусков, так как их а€ солютные величины обычно находятся в пределах одного порядка. Вследствие этого коллекторное напряжение транзистора 15 достаточно стабильно и практически нечувствительно к изменениям параметров транзисторов и абсолютнь1х значений резисторов схемы, вызванных технологическими факторами в процессе ее призводства. Транзисторы 23 и 2Ц обеспечивают в данной схеме дополнительный запас усиления. При выполнении усилителя воспроизведения в интегральном виде в нем образуются паразитные р-п-р-транзисторы, базой одного из которых является базовый слой транзистора. 2, эмиттеромколлекторный слой транзистора 2, а коллектором -. общая подложка р-типа микросхемы. Для предотвращения включения, этого паразитного транзистора во время установления режима усилителя в схему введен транзистор 25 в указанном выше включении. Формирование АЧХ обеспечивается цепью ООС, включенной между выходом усилителя и эмиттером транзистора 7, т.е. независимо от петли режимной ООС на резисторах 191 20 и Н, благодаря чему элементов цепи формирования АЧК может быть проведен в достаточно широком диапазоне. Годовая экономия от изготовления предлагаемой ИС составляет 370 тыс.ру 98 при годовом выпуске 100 тыс.шт. Предполагается широкое применение этой схемы во многих моделях стереофонических магнитофонов Г| , i и высшего классов. Формула изобретения 1.Интегральней усилитель воспроизведения для стереофонических магнитофонов, каждый канал которого содержит выполненные на транзисторах п-р-п-типа входной и промежуточный каскады усилителя напряжения с резистивными коллекторными нагрузками и резисторами параллельно-последовательной обратной связи в цепях базы и эмиттера транзисторов соответственно входного и промежуточного каскадов, выходной эмиттерный повторитель с динамической нагрузкой и источник смещающего напряжения, на п-р-п-транзисторах в диодном включении.отличающийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости электрических параметров усилителя при его изготовлении и уменьшения критичности к величинам частотноформирующих элементов, в него между входным и промежуточными каскадами дополнительно введены первый, второй и третий транзисторы, первый из которых п-р-п-типа подключен базой к коллектору транзистора входного каскада, коллектором - к базам второго и третьего транзисторов р-п-р-типа и через резистор - к эмиттеру второго, транзистора и коллектору транзистора промежуточного каскада, а эмиттеромк точке соединения резисторов параллельно-последовательной обратной связи и через резистор - к коллектору второго транзистора и базе транзистора промежуточного каскада, коллектор третьего транзистора подсоединен к отрицательной шине источника питания, а его эмиттер и база транзистора динамической нагрузки выходного эмиттерного повторителя - к источнику смещающего напряжения. 2.Усилитель по п.1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что резистор в базовой цепи транзистора входного кас- када выполнен в базовом р-слое с уменьшенным поперечным сечением при помощи эмиттерного п слоя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Грабен А.Б. Проектирование аналогових интегральных схем. М., s Энергия, 1976, с. 166, рис, 8-12 2. Каталог Linear Integrated Circuits Date Book, США, 1976 (лрототип).

f.-. J--.,, fitfitt