Двухтактный усилитель Советский патент 1983 года по МПК H03F3/26 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в качестве усилителей мощности для операционных и прочих усилителей.

Известен усилитель, в котором выходной каскад содержит лишь два эмиттерных повторителя разного типа проводимости, эмиттеры которых через резисторы-датчики тока подключен к нагрузке. Сигнал на усилитель подается от обычного однотактного каскада на биполярном транзисторе с использованием в .качестве нагрузки источника тока, причем в разрыв между коллектором и нагрузкой включена цепь смещения оконечных эмиттерных повторителей, содержащая несколько диодных и резисторных элементов. Напряжение, образующееся на резисторах - датчиках тока, за счет протекания по ним тока покоя оконечных транзисторов сравнивается элементами сравнения с дифференциальным входом (каждой для своего плеча ) с эталонным напряжением таким образом, что при возрастании ток покоя оконечного каскада шунтируется один из резисторных элементов цепи смещения, благодаря чему уменьшается напряжение смейюния. Это обеспечивает относительное постоянство начального режима усилителя мощноети LI 3.

Недостатком усилителя является использование в качества усилительного элемента дифференциального усилителя, обладающего низкой крутизной при малых значениях тока эмиттеров, что привело к необходимости использования дополнительных каскадов для усиления сигнала нестабильности, при этом увеличение усиления в петле стабилизации может сопровождаться неустойчивостью.

Точность стабилизации при малом, но устойчивом коэффициенте усиления, можно повысить, увеличивая сопротивление резисторов - датчиков тока,одна ко в этом случае ухудшается коэффициент использования напряжения питания.

Многочисленные цепи токового смещения, а также необходимость компенсации опорных напряжений за счет протекания .тока покоя по резисторамдатчикам тока делают цепь неэкономичной, а ббльшое количество активных и пассивных элементов увеличивает себестоимость устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухтактный усилитель, содержащий

последовательно соединенные входной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, нагрузкой которого является генератор стабильного тока, предвыходной каскад на первом

и втором транзисторах базы которых соединены между собой через цепь смещения, включенную между коллектором входного транзистора и генератором стабильного тока, коллекторы

первого и второго транзисторов через первый и второй токозадающие элементы соединены с соответствующими шинами источника питания и выходной каскад на третьем и четвертом

транзисторах, включенных по схеме с о&цим эмиттером, базы которых подключены к коллекторам соответственно первого и второго транзисторов, а коллекторы через соответственно

первый и второй резисторы к нагрузке, причем первый и четвертый транзисторы имеют тип проводимости, противоположный типу проводимости второго и третьего транзисторов С23

Коэффициент стабилизации тока покоя в таком двухтактном усилителе очень мал и может быть увеличен только лишь увеличением резисторовдатчиков тока, а это ухудшает коэффициент использования напряжения

питания , недостаточно. высокий

из-за включения двух прямосмёщенькйх р-М-переходов последовательно с нагрузкой.

В общем случае подобное устройство дает незначительный выигрыш в стабильности по сравнению с устройством такого- же типа без обратной связи по току покоя, однако во втором случае коэффициент использоаания напряжений питания может быть сделан более высоким за счет использования в цепи смещения всего двух диодов.

Кроме того, даже при использовании согласованных элементов устройство требует начальной подстройки режима для обеспечения максимальной swHeUt ности выходной характеристики из-за

неопределенности тока покоя выходных транзисторов от других парамет- ров схемы.

Цель изобретения - Стабилизация тока покоя. Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном усилителе, содержащем последовательно соединей ные входной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, нагрузкой которого является генератор стабильного тока, пердвыходной каскад на гтервс и втором транзисторах базы которых соединены между собой через цепь смещения, включенную между колле|ЛОр6м входного транзистор.а и генератором стабильного тока, коллекторы первого и второго транзисторов через первый и второй токозадающйё: элементы соединены с соотвётетвукмдими шинами источника п тания и выходной каскад на третьем и четвертом транзисторах, включенных по схеме с общим:эмиттером, базы котofftijx подклю ны к коллекторам соответственно первого и второг транзисторов, а коллекторы через со ответственно первый и второй.резисторы - к нагрузке, причем первый и четвертый транзисторы имеют тип П1 в6дммости, противополсйкный типу проводимости второго и третьего транзистора, эмиттеры первого и второго транзисторов объединены и подключены к нагрузке, цепь смецения выполнена на первом и втором дополнительныхтранзисторах,причем база дополнйтелыА«х транзисторов через Г1е0т 1й дополнитель+ ый резистор поДкгкочена к коллектору трет его транзистора, база второго допол нительного транзистора через второй дополнительный резистор подключена к коллекто|эу четвертого транзистора коллектор первого и эмиттер второго дополнительных транзисторов соедине с базой первого транзистора, а коллектор второго и эмиттер первого дополнительных транзисторов - с базо второго транзистора, при этом первый и второй дополнительные транзисторы имеют тип проводимости, совпадающий с типом проводимости соответственно первого и второго транзисторов. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема двухтактного усилителя. Двухтактный усилитель содеряадт : входной транзистор 1, первый, второй, третий и четвертый транзисторы 2-5, первый и второй дополнитель ные транзисторы б и 7, генератор 8 стабильного тока, первый и второй токозадакицие элементы 9 и 10, первый и второй резисторы 11 и 12, первый и второй дополнительные резисторы 13 и И, нагрузку 15. . Двухтактный усилитель работает следующим образом. Будем считать, что токи баз транзисторов равны нулю, первый транзистор 2, первый дополнительный транзистор 6 и второй транзистор 3, второй дополнительный транзистор 7 согласованы, а площади их эмиттеров равны. Тогда при отсутствии напряжения на первом и втором резисторах t1 и 12 коллектормле токи всех четырех транзисторов будут равны половине тока, поступающего от генератора 8 стат бильного тока. При токе, отводимом первым и вторым токозадающими элементами 9 и Ю, равном половине тока, отдаваемого генератором 8 стабильного тока, теоретически ток коллекторов третьего и четвертого транзисторов и 5 равен нулю, а практически он может принимать значения от нуля до некоторого максимального значения,определяемого степенью разброса параметроа первого и первого {Е мюлнительного транзисторов 2,6 и второго и второго дополнительного транзисторов и точностью задания токов первого и второго токозадающих элементов и генератора 8 стабильного тока. Для ограничения этого тока служит цепь обратной связи гк току покоя, сигнал ошибки которс снимается с первого и второго резисторов 11 и 12. Из-за отсутствия внутренней обратной связи, характерной для дифференциального каскада, подобная схема включения первого и второго дополнительных транзисторов 6 и 7 позволяет использовать их с крутизной, соответствующей включению по схеме с общим эмиттером, вследствие чего падение напряжения на первом и втором резисторах 11 и 12 в худшем случае для установившегося ракима примерно равно разбросу прямых напряжений на базоэмиттерных переходах согласованных первом и первом дополнительном транзисторах согласованных первом и пер-., вом дополнительном транзисторах 2,6 и второго и второго дополнительного транзисторов 3 и 7 который при своевременной интегральной технологии составляет единицы милливольт. Это свойство позволяет при очен малых токах покоя оконечного каска устанавливать очень малые величины первого и второго резисторов 11 и 12 (единицы и доли ОмаJ, что, есте ственно, положительно отражается н коэффициенте полезного действия ус ройства. Однако поскольку максимальный ток покоя, ограничиваемый схемой, определяется разбросом прямых напр жений согласованных p-te-переходов величиной первого и второго резнст ров 11 и 12, то уменьшение этих ре зисторов не приводит к ухудшению качества стабилизации, а способств ет лишь увеличению значения тока покоя, при котором наступает его ограничение. Это определяет высокую термостабильность пр вдлагаемог устройства, понимаемую как точност поддержания уровня этого ограничения. При наличиисигнала, когда в ко лекторной цепи входного транзистор 1 появляется прирост тока какоголибо знака, этото прирост целиком втекает в одну из баз первого и вт рого транзисторов 2 и 3, так как обратная связь по току в данном сл чае не является t обратной связью для сигнала, а, наоборот способствует быстрому запиранию неработающего плеча. Поскольку сигнал между каскадам передается в виде тока, а биполяр ньгй транзистор является линей«ь1м устройством для токового сигнала, то результирующая выходная характе ристика устройства весьма близка к линейной. Необходимость включения первого и второго дополнительных резисторов 13 и I4oвызвана тем, что при работе с сигналом базо-эмиттёрные переходы первого и второго транзисторов 2 и 3 шунтируются соответственно такими же переходами первого и второго допол нительных транзисторов 6 и 7, что существенно снижает общий 1«)эффициент усиления усилителя по току.. Установка первого и второго дополнительных резисторов 13 и И,. величина которых составляет сотни Ом, не :вносит значительного сдвига за счет протекания базового тока первого и второго дополнительных транзисторов 6 и 7 однако при подаче сигнала, когда шунтирующий 5 транзистор переводится в неактивное, состояние, этот резистор достаточно велик для того, чтобы практически полностью,устранить шунтирующее действие базо-эмиттерных переходов первого и второго дополнительных транзисторов 6 и 7. Аналогичные параметры могут быть получены в двухтактном усилителе, в котором элементами, отбирающикм ток, являются резисторы, установленные вместо первого и второго токозадащих элементов 9 и 10. В этом случае величина коллекторного тока первого и второго транзисt ipoB 2 и 3 «определяется как частное от деления прямого падения напряжения на базо-эмиттерных переходах третьего и четвертого транзисторов 4 и 5 в режиме покоя на величину токоотводящих резисторов. Этот ток должен составлять половину от значения тока, отдаваемого генератором 8 стабильного тока, при этом схема становится эквивалентной вари- . анту с токостабилизаторами в качестве элементов отводящих ток. Однако при смене температурного режима в сторону повышения температуры изменяется прямое падение на базах третьего и четвертого транзисторов 4 и 5, вследствие чего возможны достаточно сильные, хотя и контролируемые, отклонения тока покоя в сторону увеличения от значения при нормальной температуре. Для устранения этого эффекта резисторы, отводящие ток, должны иметь одинаковый ТКН с базо-эмиттерными переходами или должен пропорционально уменьшаться ток, задаваемый генератором 8 стаб14льного тока, что легко выполняется при использовании интегральной технологии. Таким образом, использование предлагаемого технического решения стабилизации тока покоя двухтактного усилителя позволяет обеспечить высо кую стабильност Ь режима по постоянному току в широком температурном диапазоне При минимальном токе покоя, высокой Линейности выходной характеристики, а также позволяет однозна.чно задать режим двухтактного усилителя &ЭЗ использования элементов подстройки режима, Коэффицент усиления по току может быть увеличен добавлением выходных эмиттерных повГорителей с контролем

ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, со|держа{чий последовательно соединенные входной транзивтор, вклоченньй по схеме с общим эмиттером, нагрузкой которого является, генератор стаёйлЪиого тока, предвыходной каскад на первом и втором транзисторах, базы которых соединены между собой через . цепь смещения, включенную между кол лектора входного транзистора и гёнере)тором Стабильного тока, коллекторы первого и второго транзисторов через Иеройй и второй токозадающиё элементы соединены с соответствующйми шинами источника питания и выходной каскад на третьем и четвертом транзисторах, вК1те)ченных по схеме с общим эмиттером, базы которых подключены к коллекторам соответственно первого и второго транзисторов , а коллекторы через соответственно первый и второй резисторы к нагрузке, причем первый и четвёртый транзисторы имеют тип проводимости, противоположный типу проводимости второго и третьего транзисторов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью стабилизации тока покоя, эмиттеры первого и второготранзисторов объединены и подключены к нагрузке, цепь смещения выполнена на первсмч и втором дополнительных транзисторах, причем база перво, дополнительного транзистора через первый дополнительный резистор подКлючена к коллектору третьего транзистора, база второго дополнительного транзистора через второй дополнительный резистор подк/яочена к коллектору четвертого транзистора, коллектор первого и эмиттер вто0ого до:Полнитель «11Х транзисторов соединены с базой первого транзистора,.а коллектор второго и эмиттер первого дополнительных транзисторов - с базой второго транзистора, прИ этом первый и второй дополнительные трандисторы имеют тип проводимости, совпадающий с .типом проводимости соответственно первого и второго транзисторов.