Операционный усилитель с защитой выхода от перегрузки Советский патент 1983 года по МПК H03F1/52 

2.Усилитель по п, 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что второй генератор тока выполнен в виде отражателя тока, управляющим входом которого является эмиттер выходного транзистора отражателя тока, через первый резистор соединенный с соответствующей шиной источника питания.

3.Усилитель по п. 2, о т л и ч а ю щи и с я тем, что входной каскад. Btrnqnнен на последовательно соединенных дифференциальном каскаде с несимметричным выходом и повторителе напряжения на транзисторе, в эмиттер ной цепи которого включен второй генератор тока, выполненный в виде отражателя тока, управляющим входом которого является эмиттер выходного транзистора отражателя тока, через второй резистор соединенный

,с соответствующей щиной источника питания.

4.усилитель по п. 3, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что коллектор выходного транзистора отражателя тока перво71

102

го генератора тока соединен с объединенными через третий и четвертый резисторы эмиттерами вхоаных транзисторов дифференциального каскада, к несимметричному вьрсоду которого подключен составной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером.

5. Усилитель по п. 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что первый генератор тока выполнен на двухколлекторном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, один из коллекторов Которого соединён с источником постоянноготока, а управляющим входом второго генератора тока является точка соединения объединенных базы и другого коллектора двухколлекторного транзистора и объединенных коллекторов входных транзисторов дифференциального каскада, к несимметричному выходу которого подключены последовательно соединенньге транзистор, включенный по схеме с общим коллектором и транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером.

1. ОПЕРА1ШОННЫЙ УСИЛИ- : ТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ ВЫХОДА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ, содержапшй последовательно соедсшешоые каскад, с ш ференииалзьвым входом с nepra vf генератором тока предвыходной с вторым reHefeTOjpoM тока и выйЕу ой даух1акашлй каскад не транзисторах разного типа проводимобти, включенных по схеме с общим коллектором, а.также со ржаахеА первый н второй транзисторы защиты, датчик тока и нагрузку, о т п и ч а ю щ и и с я тем, что, с цепью уменьшшш нелинейных искажений, датчик тока ЫЕЛЮ ч ен между о.бьединенными эмиттерами транзисторов выходного двухтактного каскада и база-эмиттервые « переходы первого и второго т авзнсторов: защиты, имеющие один тип проводим6ст|1| включены встречно-параллеп но, 1Шраялеаьно датчику тока, при этом тока вьшолнены управляемыми и управляю ;щий вход первсяч генератора тока ключей Kf коллектору первог о транзистора е зшви-ш, а управляющий вход второго re- нератора тока подключен к колДектх У .второго транзистора защит.

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться в операционных усилителях, усилителях низкой частоты и усилителях мощности, компараторах и других-устройствах аналоговой техники. Одной из важных эксплуатационных характеристик операционных усилителей является наличие защиты выхода от перегрузки. Такой усилитель содержит устройство защиты, которое ограничивает ток выходного каскада на заданном уровне в случае перегрузки усилителя по выходу (например, режим короткого замы кания) ,. Известен операционный усилитель с защитой выхода от перегрузки, содержащий последовательно соединенные входной каскад с дифференциальным входом с первым генератором тока, предвыходной каскад с вторым генератором тока и выходн двухтактный каскад на транзисторах разного типа проводимости, включенных по схеме с общим коллектором, а также содержащий первый и второй тра висторы защити, датчик тока и нагрузку l . В схеме защиты известного усилителя включение коллекторов защитных транзисторов в высокоомные цепи в общем случае приводит к появлению нелинейных искажений в усилителе из-за наличия дополнительных паразитных емкостей коллекторных переходов транзисторов защиты и особенно переходов коллектор-подложка этих транзисторов, Таким образом, недостатком известного оперйгшонного усилителя с защитой выхо да от перегрузки является повыщение нелтшейных искажений. Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений. Поставленная цель достигается тем, что в операционном усилителе с гзаиштой выхода от перегрузки, содержащем последовательно соединенные входной каскад с дифференциальным входом с первым генератором тока, предвыходной каскад с вторым генератором тока и выходной двухтактный каскад на транзисторах разного типа проводимости, включенных по схеме с общим коллектором а также содержащвй пе1юый и второй транзисторы защиты, датч:ик тока и нагрузку, датчик тока включен между объединенными эмиттерами транзист чюв выходного двухтактного каскада и нагруз1сой, база-эмиттерные переходы первого и второго транзисторов защиты, имеющие один тип проводимости, включены встречно-параллельно датчику тока, при этом генераторы тока выполнены управляемыми и управляющий вход первото генератора тока подключен к коллекто ру первого транзистора защиты, а управляющий вход второго генератора тока подключен к коллектору второго транзистора защиты. При этом второй гейератор тока выполнен в виде отражателя тока, управляю щим входом которого является эмиттер выходного транзистора отражателя тока, .через первый резистор соединенный с .соответствующей щиной источника питания, а входной каскад вьшолнен на после довательно соединенных дифференциальном каскаде с несимметричным выходом и повторителе напряжения на транзисторе, в эмиттерной цепи которого включен вто рой генератор тока, выполненный в виде отражателя тока, управляющим входом которого яйвляется эмиттер выходного транёистора отражателя тока, через второй резистор соединенный с соответствующей щиной источника питания. Кроме того, коллектор выходного транзистора отражателя тока первого генератора тока соедвшен с обьединеннь ми через третий и четвертый резисторы эмиттерами входных транзисторов дифференциального каскада, к несимметртчному выходу которого подключен составн транзистор, включенный по схеме с о&щим эмиттером. . Причем первый генфатор тока выполнен на двухколлекторном транзисторе, включенном по схеме с ойдим эмиттером один из коллекторов которого соединен с источником постоянного тока, а управляющим входом второго гетератора тока , является точка соединения обьединеяшых базы и другого коллектора двухколлекTOfMoro транзистора и объединенных кол, лекторов входных транзисторов дифферен циального каскада, к несимметричному . выходу которого пооключены последовательно соединенные транзистор, включен ный по схеме с о&цим коллектором и транзистор, включенный по схеме с о6шим эмиттером,. На фиг. 1 представлена структурная .. схема операционного усилителя с защитой выхода от перегрузки; на (|иг. 2-4 пршшвтиапьные электркческие схемы операционного усилителя для различного выполнениявходного каскада. Операционный усилитель с защитой выхода от перегрузки содержит последовательно соединенные входной каскад 1 с дифференциальным входом, предвыходной каскад 2 и выходной двухтактный каскад 3, первый и второй генераторы 4- и 5 тока, первый и второй транзисторы 6 и 7 защиты 8 тока и нагрузку 9, транзисторы 10 и 11 выходного двухтактног о каскада 3, транзистор 12 предвыходного каскада 2, транзисторы 13 и 14 в диодном включении, задающие режим по постоянному току выходному двухтактному каскаду 3, выходной транзистор 15 отражателя тока первого генератора 4 тока, первый резистор 16, выходной транзистор 17 отражателя тока второго генератора 5 . тока, второй резистор 18, повтор1тель 19 напряжения на транзисторе, в эмиттерной цепи которого включен второй генератор 5 тока, составной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером на транзисторах 2О и 21, третий и четвертый резисторы 22 и 23, двухколлекторный транзистор 24, транзистор 25, включенный по схеме с общим коллекто- , ром, и транзистор 26, включенный по схеме с общим эмиттером,. Устройство работает следующим образом. Для положительной полуволны выходного сигнала при коротком .замыкании выхода усилителя через датчик 8 тока протекает эмиттерный ток транзистора 1О выходного двухтактного каскада 3. Когда падение нагфяжения на датчике 8 тока достигнет напряжения открывания первого транзистора 6 защиты, эчхэт транзистор открывается и уменьшает эмиттерный и коллекторный ток вхлзсодного транзистора 15 отражателя тока первого генератора 4 тока, а следовательно, уменьшает базою 1й ток транзистора 10 выходного двухтактного каскада 3, таким o6paэ9 поддерживая на заданном уровне йыходной ток короткого замыкания усилителя.При этс, поскольку тра1шистор 12 1федвы« дн Яч) двуятакт«яч каскада 2 закрыт, падение напряжения на транзисторах 13 и 14 близко к нулю, -а транзистор 11 ш 1ходного двухтактного каскада 3 закрыт (фиг. 2-4). Для отрицательной полуволны выходного яре коротком замыкании Biiiхода усилителя (фиг. 2) через датчик 8 тока протекает эмиттерный ток транзистор 11 выходного двухтактного каскада 3. Кота падение напряжения на датчике 8

тока достигнет напряжения открывания второго транзистора 7 зашиты,- этот транзистор откръшается и уменьшает эмиттерный и коллекторный токи выходного транаистора 17 отражателя тока второго ге- 5 нератора 5 тока, а следовательно, и 6азо вьй ток транзистора 12 предвыходного каскада 2, вьгоодя его из режима насышения и таким образом поддерживая на заданном уровне выходной ток усилите- ля в режиме короткого замы1ШШ1я.

Для отрицательной полуволны выходного сигнала при коротком замыкании выхода усилителя (фиг. 3) через датчик 8 тока протекает эмиттерный ток транзистора 11 двухтактного каскада. Когда падение напряжения на датчике 8 тока достигнет напряжения открьтания второго транзистора 7 зашиты, этот транзистор открывается и уменьшает эмиттерный и j 20 коллекторный токи выходного транзистора 17, отражателя тока второго генератора тока 2, а сладсшательно, и 6азош 1й ток транзистора 2О, выводя транзисторы 2О и 21 из режима насыщения ti такям 2S образом поддерживая на аадакшом уровне выходной ток усилителя в режиме короткого замыкания.

Для отрицательной полуволны выходного сигнала при коротком замыкании вьвсода 30 усилителя (фиг. 4) через датчик 8 тока протекает эмиттерный ток транзистора 11 выходного двухтактного каскада 3. Когда

падение напряжения на датчике 8 тока достигнет напряжения открывания второго транзистора 7 зашиты, этот транзистор открывается и управляет вторым генератором 5 тока (транзистор 24) так, что уменьшает коллекторные токи транзисторов дифференциального каскада, а су1едовательно, и базовый ток транзистогров 25 и 26, выводя последний из насышения и таким образом, поддерживая на. заданном уровне выходке ток усилителя в режиме короткого замыкания по выходу.

Приведенные схек4Ы операционного усилителя с зашитой выхода от перегрузки используют два транзистора защиты одного типа прЬводимости и один датчик тока в цепи зашиты, уменьшая таким обра- зом число контактов металл - полупроводник в цепи, определ$1ющей точность срабатывания зашиты.

Поскольку коллекторш 11В переходы транзисторов зашиты всегда обратно

смешены, то в таких схемах отсутствует импульс большого тока в пропессе закорачивания выхода усилителя на о&цую шину.

( , :.

Кроме того, поскольку коллекторы защитных транзисторов включены в низкоомные цепи, то паразитные емкости коллекто1яых пе| ходов и переходов коллектор-подложка этих транзисторов не ухудшают динамические свойства всего усилителя.