Дифференциальный усилитель Советский патент 1985 года по МПК H03F3/45 

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться в решающих усилителях и аналого-цифровых преобразователях, Известен дифференциальный усилитель, содержащий первый и второй входные транзисторы, в общей эмиттер ной цепи которых включен управляемый стабилизатор тока DJ . Однако известный дифференциальный усилитель имеет сравнительно узкий динамический диапазон, ограниченньй величиной тока управляемого стабилизатора тока. Наиболее близкш по технической сущности к изобретению является дифференциальный усилитель, содержащий первьй и второй транзисторы, коллекторы которых соединены с соответствующими входами блока вьзделения наименьщего из двух токов, выход которого подключен к входу управляемого стабилизатора тока, выполненного с ограничением снизу, выход которого соединен через соответственно первый и второй двyxпoлюcш ки с эмиттерами соответственно первого и второго транзисторов, а также стабильный источник тока (Х Однако данный дифференциальный усилитель в режиме микротоков имеет нелинейность характеристики коэффициента передачи. Цель изобретения повышение линейности характеристики коэффициента передачи в режиме микротоков Для этого в дифференциальном усилителе, содержащем, первый и второй транзисторы, коллекторы которых соединены с соответствующими входт блока вьщеления наименьшего из двух токов, выход которого подключен к входу управляемого стабилизатора тока, вьтолненного с ограничением снизу, выход которого соединен через соответственно первый и второй двухполюсники с эмиттерами соответственно первого и второго транзисторов, а Также стабильный источник тока, между эмиттерами первого и второго транзисторов и выходом ста бильного источника тока включены соответственно третий и четвертый двухполюсники. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема дифференциального усилителя; на фиг. 2 - прин ципиальная электрическая схема одной из реализаций дфференциального усилителя. Дифференциальный усилитель (фиг. 1) содержит первый и второй транзисторы 1 и 2, блок 3 выделения наименьщего из двух токов, управляемый стабилизатор 4 тока, стабильный источник 5 тока, первьй и второй двзгхполюсники 6 и 7, третий и четвертый двухполюсники 8 и 9. В дифференциальном усилителе на фиг. 2 первый и второй двухполюсники 6 и 7 вьтолнены на- диодах 10 и 11, резисторах 12.и 13, третий и четвеотый двухполюсники 8 и 9 выполнены на диодах, управляемый стабилизатор 4 тока выполнен на транзисторе 14, блок 3 вьзделения наименьшего из двух токов выполнен на транзисторах 15-18, диодах 19 и 20, источниках 21 и 22 тока. Усилитель также включает несимметричную нагрузку 23, конденсатор 24, выходной каскад 25. Дифференциальный усилитель работает следующим образом. Из сигналов, пропорциональных мгновенным значениям коллекторных токов 1( и In первого и второго транзисторов 1 И 2, блок 3 вьщеления наименьщего из двух токов опре-т деляет какой из токов 1 или Ij меньше заданного уровня и вырабатьтает приращение i , которое пропорционально приращению наименьшего коллекторного тока. В статическом режиме ток стабильного источника 5 тока Iv перераспре-, деляется между первым и вторым транзисторами 1 и 2 V4 Выходной ток управляемого стабилизатора ig равен нулю, что обеспечивается блоком 3. В этих условиях первый и второй двухполюсники 6-7 не влияют на работу дифференциального усшгателя (ДУ). Под действием входного сигнала и ах 50-100 мВ коллекторный ток первого транзистора 1 увеличивается на величину , где Vi,, Ь|4 г) входное сопротивление первого (второго) транзистора 1 (2) в схеме с: oCmien базой; , , Р - динамическое сопротивление третьего и четвертого двухполюс ников 8 и 9. Приращения i и „ через несимме ричиую нагрузку 23 передаются на вы ход ДУ и заряжают конденсатор 24 Угол наклона характеристики коэффи циента передачи i f (Ug,) ef определяется, знаменателем формулы (2). Мгновеиное значение тока Ig можйо н ти из формулы 1,.о,ец-|. (« где Кзка знаменатель формулы (2) По мере увеличения Ugx ток 1 уменьшается до заданного уровня IQ. Напряжение , при котором выполняется равенство IQ 12, находитс из формулы (4) ) (5) .Параметры элементов схемы могут быть выбраны таким образом, чтобы рр 50-100 мВ. Как только входное напряжение О g превысит Vpp , дальнейшее уменьшение Ц прекратится. За счет включения нёлинейной петли отрицательной обрат ной связи выход управляемого стабили затора 4 превращается в выход вспомогательного стабилизатора напряжения с малым внутренним сопротивлением. Это приводит к дальнейшему увеличению тока «за счет увеличения тока С) (6) Чх% где Rg - динамическое сопротивлени первого двухполюсника 6,Таким образом, в области больших входных сигналов ток ij, не ограничивается и продолжает возрастать пропорционально. Для исключения на характеристике коэффициента передачи излома необходимо, чтобы Ь„.. (7) Последнее условие обеспечивается соответствующим вЫбор(Я4 Я. Напряжение Vrp2 при котором & ступает ограничение тока перезаряда конденсатора « , зависит от усиления по току каскадов цепи ООС. На. практике легко получить Vppj-5-lO В. Учитывая, что максимальная скорость нарастания выходного напряжения прямо пропорциональна Vpp2, можно сделать вывод о том, -что предлагаемый ДУ характеризуется более высоким быстродействием, Диоды 10 и 11 в усилителе фиг. 2 имеют коэффициент передачи тока . Это обеспечивается соответствующим выбором площадей эмиттерных переходов транзисторов 15-16 (17-18), Обеспечивается коэффициент передачи тока . Токи источников 21-22 определяют граничное напряжение Vpp. При мапых си.гналах транзистор 14 и диоды 10-11 закрыты. Как только коллекторный ток .второго траизистора 2 уменьшится от своего начального уровня t5|2 ДО включается транзистор 14, диод 20 и замыкается обратная связь через транзисторы 17 и 18. В конечном итйге это и приводит к повышению быстродействия ДУ. S Для ,уменьшения колебаний напряжения на входах резисторов 12-13, этим входам могут подключаться традиционные ограничители на p-h-ner реходах. . . Таким образом, в предлагаемом дифференциальном усилителе повьшхена линейность характеристики коэффициента передачи в режиме микротоков, когда на линейность этой характеристики влияет величина сопротивления элемента, включенного в эмиттерные цепи входных транзисторов.

Фиа. 2

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий первый и второй транзисторы, коллекторы которых соединены с соответствующими входами блока вьщеления наименьшего из двух токов, выход которого подключен к входу управляемого стабилизатора тока, выполненного с ограничением снизу, выход которого соединен через соответственно первый и второй двухполюс НИКИ, с эмиттерами соответственно первого и второго транзисторов, а также стабильньш источник тока, отличающийся тем, что, с целью повьппения линейности характеристики коэффициента передачи в режиме микротоков, между эмиттерами первого и второго транзисторов и выходом стабильного источника тока включены соответственно третий и четвертьй двухполюсники.