Усилитель тока Советский патент 1984 года по МПК H03F3/45 

S +f

пит.

Фиг.1

-ffl//7T. Изобретение относится к радиотех нике и может использоваться в радио технических системах различного назначения, Известен усилитель тока, содержа щий первый транзистор, коллектор которого является выходом усилителя который через нагрузочный резистор а его база - через первый источник постоянного тока подключены к поло- житепьной шине источника питания, второй транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, а его коллектор - к базе первого транзистора источник входного тока, один .полюс которого соединен с общей шиной, а другой полюс через последовательно включенный первый конденсатор - с базой второго транзистора и его коллектором, а эмиттер первого тран зистора подключен к общей шине Cl Однако данное устройство имеет малый коэффициент усиления и большо входное сопротивление, равное сопро тивлению прямосмещенного диода с небольшим током смещения, что затру няет согласование усилителя с источ никами входных токовых сигналов, обладающими небольшой величиной внутреннего сопротивления. Кроме того, поскольку отношение эмиттерны площадей, составляющих устройство транзисторов, невозможно изменять, то р€ гулировака усиления в таком усилителе невозможнее Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ус литель тока, содержащий первый, второй и третий транзисторы одной структуры, причем эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной а его Ьаза и коллектор включены параллельно соответственно эмиттеру и базе второго транзистора, коллек КОТО1ЮГО соединен с первой шиной источника питания,с которой также соединены первый вывод резистора нагрузки и первый вывод первого стабилизатора тока, второй вывод которого соединен с базами второго и трб тьего транзисторов ,эмиттеры через соответственно второй и третий стабилизаторы тока соедин ны с второй шиной источника питани 2. .Однакоизвестное устройство обла дает частотными искажениями в облас ти высоких частот, сравнительно большим потреблением мощности, а также отсутствует возможность постр ения регулируемого усилителя тока, . Цель изобретения - уменьшение частотных искажений и потребляемой мощности. Цбзль достигается тем, что в усилитель тока, содержащий первый, второй и третий транзисторы одной структуры, причем эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной а его база и коллектор включены параллельно соответственно эмиттеру и базе второго транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной источника питания, с которой также соединены первый вывод резистора. нагрузки и первый вывод первого стабилизатора тока, второй вывод которого соединен с базами второго и.третьего транзисторов, эмиттеры которых через соответственно второй и. третий стабилизаторы тока соединены с второй шиной источника питания, между общей шиной и эмиттером третьего транзистора включен конденсатор, а коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом резистора нагрузки. .На фиг. 1 представлена принципи.альная электрическая схема усилителя тока; на фиг, 2 - принципиальная электрическая схема усилителя тока с более высоким входным сопротивлением; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема усилителя тока, с более высоким коэффициентом усиления, вариант. Усилитель тока (фиг. 1) содержит первый,второй и третий транзисторы 1-3, первый, второй, третий стабилизаторы 4-6 тока, конденсатор 7, резистор 8 нагрузки, первую и вторую шины 9 и 10 источника питания, источник 11 входного тока, разделительный конденсатор 12, вход 13 ус.илителя тока, точку соединения 14 коллектора первого.и баз второго и третьего транзисторов 1-3, Усилитель тока (фиг . 2) содержит транзисторы 15 и 16 ,стабилизаторы 1 7 и 18 тока , конденсаторы 19 и 20,резистор 21 нагрузки.,источник 22 входного тока. Усилитель тока (фиг.З) содержит транзисторы 23 - 25, стабилизаторы 26 - 28 тока, конденсаторы 29 и 30, резистор 31 нагрузки, источник 32 входного тока. .Устройство работает следующим образом,. При отсутствии входного сигнала в нем текут режимные токи, в первом транзисторе 1 постоянный ток 1 от первого стабилизатора 4 тока, во втором и третьем транзисторах 2 и 3 постоянные токи 1д,| , 1 соответственно от второго и третьего стабилизаторов 5 и 6 тока. При этом режимное напряжение на входе 13 усилителя тока равно напряжению Ugj база -.эмиттер первого транзистора 1, а напряжение U в точке соединения 14 равно , + напряжение - эмиттер второго транзистора 2, равное en V тепловой потенциал; Jg , - обратный ток насыщения эмит терного перехода второго транзистора 2. Напряжение база - эмиттер U третьего транзистора 3 в режиме по составляет гдеОд-гз обратный ток насыщения эми тарного перехода третьего транзист ра 3. При подаче сигнсша переменного тока ig от источника. 11 входного тока, он поступает через разделительный конденсатор 12 в эмиттерны переход второго транзистора 2, при этом падение напряжения на этом переходеu|j. становится равным и .Y 532 Г изменяясь относительно напряжения в режиме покоя на величину iUg 6з2 I равную/ согласно (4) и (2) U.,. (S При работе усилителя тока, ток в эмиттерном переходе первого тран зистора 1 практически.неизменный, поскольку база второго и третьего транзисторов 2 и 3 потребляют лишь незначительную часть постоянного тока 1 первого с.табилизатора 4 тока, задающего ток в первый транзистор 1. Поэтому напряжение Uga-i между базой и эмиттером первого транзистора 1 неизменно, следовательно, база этого транзистора, подсоединенная ко входу 13 усилителя тока, имеет при работе усилителя тока неизменный потенциал. Вследствие этого эмиттер второг транзистора 2, соединенный со вход 13 усилителя тока, при подаче вход ного сигнала остается также под постоянным потенциалом, поэтому вызванное входным токомig изменени напряжения дибэ2на эмиттерном переходе второго транзистора 2 полност передается в точку соединения 14, т.-.е. на базу третьего транзистора Потенциал эмиттера третьего тра зистора 3 не изменяется при прохож дении переменного сигнала, так как он подключен к общей шине через конденсатор 7 большой емкости. Поэтому изменение напряжения ,п ступившее на базу третьего транзис тора 3, целиком пpикJiaдывaeтcя к эмиттерному переходу третьего тран зистора 3. Таким образом, напряжен ( на эмиттерном переходе третьег транзистора 3 при воздействии сигн ,(Станет равным сумме постоянной составляющей Ujjj, определяемой выра жением (3), и переменной составляющей .определяемой выражением (5) и в итоге составляет: о/вк Такое нaпpяжeниeЦJJJCOздaeт коллекторный токJ 3третьего транзистора 3, протекающий в резистор 8 нагрузки и являющийся выходным сигналом усилителя тока, равный бх - (1 KI-STS где слагаемое S есть переменная jQ- составляющая выходного тока усилителя тока. Таким образом, входной сигнал тока igj, линейЕ{о усиливается усилителем тока (фиг. 1) во всем диапазоне рабочих токов с коэффициентом усиления К. равным k - Т 3 Зо1(8) в усилителе тока, как из (В), электронная регулировка усиления осуществляется путем изменения величин постоянных токов Jg. и/или/Эд второго и третьего стабилизаторов 5 и б тока соответственно. Введение конденсатора 7 и включение резистора 8 нагрузки в коллекторную цепь третьего транзистора 3 выгодно отличает данный усилитель тока от известного. Использование нового элемента и связей по воляет устранить необходимость осуществлять передачу сигналг на выход через дополнительный транзистор, включенный по схеме с общим коллектором, обязательный в схеме прототипа для создания связи по постоянному току, устанавливающей режимный TQK в его выходном транзисторе. Таким образом, введение конденсатора 7 устраняет связанные с дополнительным транзистором частотные искажения и избыточное потребление мощности в схеме усилителя тока. Кроме того, создание связи по переменному току через введенный конденсатор 7 позволяет использовать в схеме усилителя тока (фиг.1) транзисторы, не согласованные по обратному току насыщения их эмиттерных переходов. Действительно, для правильной работы усилителя тока не требуется (как следует из приведенного анализа) равенства обратных токов насыщения ::L, J..J.2, первого, второго, третьего транзисторов 1-3 или их пропорциональности.Напротив, обратные токи насыщения любого из составляющих транзисторов могут иметь произвольные значения. Вследствие этого в данном усилителе TOKgi можно использовать весь имеющийся ассортимент дискретных ранзисторов одновременно прибо{ял различных техно логических . типов и даже из различного полупроводникового материала (например, герма.ниевые и кремневиевые). , оптимальн о подбирая тип транзистора . и его ре: имный ток в соответствии с особенностями применения предлагаемого усилителя тока в конкретной системе. Известный усилитель требует обяза тельного использования транзисторов согласованных по обратному току насыщения их эмиттерных переходов, т,е. одновременно изготовленных на одном кристалле, и лишен указанного преимущества данного усилителя тока так как требует, по существу, обязательного использования технологии монолитных ИС. .Кроме того, подача входного сигнала на вход 13 в предлагаемом усилителе тока позволяет обеспечить предельно малое входное сопротивление усилителя, т.е. получить свойство, отсутствующее у прототипа. Действительно, как показано при ана лизе работы усилителя тока (фиг.1), в пренебрежении токами баз транзисторов. 2 и 3, потенциал входа 13 не изменяется при прохождении входного, тока SX поэтому входное сопр тивление Йд при анализе первого порядка .бесконечно мало. Более точный анализ, учитывающий конечные токи без транзисторов, дает следующую оценку для Rex Ч, --irt( где тепловой потенциал; JQO- постоянный ток, задаваемый . первым стабилизатором тока 4 ft - коэффициент передачи тока базы второго и третьего тра зисторов 2 и 3; К - коэффициент усиления усилителя тока по току. Из-за частотной зависимости /в на высоких частотах происходит практически линейное увеличение модуля входного сопротивления ( ) с ростом частоты. . Так как на низких частотах Rg имеет небольшую величину, то на высокой частоте входной импеданс усилителя тока (фиг,1) соответствует импедансу довольно высокодобротиой индуктивности 2g( , величина которой регулируется путем изменения, например, постоянного тока Эдд первого стабизатора 4 тока. Отмеченная особенность позволяет использовать данный усилитель тока одновременно и для усиления и для частотной селекции сигналов, например, при совместной работе с фильтрами поверхностных акустических волн для подавления паразитных полос пропускания последних. На фиг. 2 показан пример простейшего исполнения усилителя тока, подобного усилителю тока (фиг.1). Коэффициент усиления по току усилителя тока {фиг.2) также задается отйошением постоянных токов стабилизаторов 17 и 18 тока. Такой усилитель тока проще и несколько экономичнее усилителя тока (фиг.1), однако он имеет величину входного сопротивления на 1,...,2 порядка выше, чем у усилителя тока (фиг.1) при равных коэффициентах усиления и равных режимных токах.. На фиг. 3 представлен усилитель тока {фиг.1) с повышенным коэффициентом усиления. В таком усилителе входной ток от источника 32 входного сигнала г поступающий в эмиттер транзистора 23, повторяется в его коллекторе и суммируется на выходе с коллекторным током транзистора 25. Следовательно, коэффициент усиления по току в усилителе тока Тфиг.З) на единицу выше, чем у усилителя тока {фиг.1) при неизменных остальных параметрах усилителя тока.

num.

Фш.2

кит.

Н-,

/7Uir.

-f.

nvm.

.УСИЛИТЕЛЬ ТОКА, содержащий первый, второй и третий транзисторы одной структуры, причем эмиттер первого .транзистора соединен с общей шиной, а его база и коллектор включены параллельно соответственно эмиттеру и базе второго транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной источника питания, с которой также соединены первый вывод резистора нагрузки и первый вывод первого .стабилизатора тока, второй вывод которого соединен с базами второго и третьего транзисторов, эмиттеры которых через соответственно второй и.третий стабилизаторы тока соединены с второй шиной источника питания, отличающийся тем,что,с целью уменьшения частотных искажений и потребляемой мощности,между общей шиной и-эмиттером третьего транзистора включен конденсатор, а коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом резистора нагрузки.