Эмиттерный повторитель Советский патент 1986 года по МПК H03F3/50 H03F1/52 

- 125

1 компенсируется напряжением фото- ЭДС фотодиода 6, работающего в вентильном режиме. При,аварийной ситуации возрастает входной ток Т1, сигнал с дифференциального усилителя 8 включает элемент И-НЕ 9, что приво

1

Изобретение относится к усилительной технике и может использоваться в качестве согласующего или раздели- тельного каскада в электронных устройствах, работающих в широком диапазоне частот или в устройствах постоянного тока.

Цель изобретения - повышение надежности при сохранении точности согласования .

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема эмйт-тер- ного повторителя.

Эмиттерный повторитель содержит первый 1 и второй 2 транзисторы, дополнительный транзистор 3, дифференциальный оптрон 4, вьшолненный на первом 5 и втором 6 фотодиодах и све- тодиоде 7, дифференциальной усилитель 8, элемент И-НЕ 9, индикаторный светодиод 10, первый П, второй 12 и третий 13 резисторы, первый 14 и второй 15 стабилитроны, первый 16, - второй 17 и третий 18 дополнительные резисторы, шину 19 источника питания

Эмиттерный повторитель работает следующим образом.

При включении питающего напряжения эмиттерного повторителя на шине 19 появляется нарастающее напряжение а в базовой цепи дополнительного транзистора 3 через первый дополнительный резистор 16 начинает протекать, ток. Когда, нарастающее напряжение на шине 19 превысит уровень переключения второго транзистора 2, определяемый напряжением стабилизации .первого стабилитрона 14, в базовой цепи второго транзистора 2 появляется ток, протекаюш 1й через первый стабилитрон 14, второй резистор 12 и открытый дополнительный транзистор 3, в результате чего второй транзистор 2 открывается и обеспечивает

дит к шунтированию Т 3, выключению Т 2 и падению тока через светодиод 7. В результате фотодиод 6 ограничивает входной ток эмиттерного повторителя. В аварийном режиме появляется свечение индикаторного светодиода 10. ил.

протекание тока через светодиод 7 дифференциального оптрона 4. Ток, протекающий через светодиод 7, определяется третьим резистором 13 и задается максимально допустимым для светодиода 7. При этом .первый 5 и второй 6 фотодиоды, оптически подключенные к светодиоду 7, находятся в глубоком вентильном режиме (в режиме

генерации максимальной фото-ЭДС).

По мере роста напряжения на шине 19 элемент И-НЕ 9 остается выключенным, так как через второй дополнительный резистор 17, подключенный од-.

ним концом к общей шине, на первый вход элемента И-НЕ 9 Подается нулевой потенциал (второй стабилитрон 15 еще не включен). Наличие нулевого (или низкого) потенциала на одном

(любом) из входов элемента И-НЕ 9 обеспечивает его закрытое состояние, в результате чего исключается шунтирование базовой.цепи дополнительного транзисто.ра 3 (в течение этого времени состояние дифференциального усилителя 8 не влияет на состояние элемента И-НЕ 9). Появление фото-ЭДС на втором фотодиоде 6 приводит к тому, что на выходе дифференциального усилителя 8 устанавливается низкий потенциал, так как отрицательное напряжение фото-ЭДС с катода второго фотодиода 6 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8.

После того, как нарастающее на шине 19 напряжение превысит напряжение стабилизации второго стабилитрона 15, на первом входе элемента И-НЕ

9 устанавливается высокий потенциал, однако это не изменяет состояния элемента И-НЕ 9, так как к этому време- ни на его втором входе уже действует низкий потенциал с выхода дифферен

3

циального усилителя 8 (элемент И-НЕ 9 может включаться только при одновременном наличии на его входах потенциалов) .

При отсутствии входного сигнала. ток в базовой цепи первого транзистора 1 не протекает, в результате чего на первом резисторе 11, а соответственно, и на выходе эмиттерного повторителя сигнал также отсутствует. Протекающий в эмиттерной цепи первого транзистора 1 неуправляемый ток величина которого для кремниевых транзисторов не превышает нескольких десятков микроампер во всем тем- пераТурном диапазоне работы, не вызывает появления на первом резисторе 11 паразитного положительного потенциала, так как неуправляемый ток полностью шунтируется первым фо- тодиодом 5, работающим в вентильном режиме. При этом на первом резисторе 11 присутствует небольшой отрицательный потенциал, обусловленный наличием фото-ЭДС первого фотодиода 5, что обеспечивает высокую помехоустойчивость каскадов, подключенных к .выходу эмиттерного повторителя в широком температурном диапазоне, когда тепловые токи первого транзистора 1 воз- растают.

При поступлени на вход эмиттерного повторителя входного сигнала в базовой цепи пергого транзистора 1 появляется ток, величина которого определяется входным сопротивлением повторителя напряжения, состоящего из первого транзистора 1 и первого резистора 11. На последнем появляется выходной сигнал, амплитуда кото рого практически не отличается от амплитуды входного сигнала, так как падение напряжения на переходе,, база- эмиттер первого транзистора 1 (,5B.) практически полностью компенсируется напряжением фото-ЭДС второго фотодиода 6 (и О,45-0,5 В), работающего в вентильном режиме, Это обеспечивает высокую точность передачи сигнала, так как коэффициент передачи эмиттерноге повторителя практически равен единице и линеен (даже в области малых входных напряжений). При этом первый фотодибд 5 не оказывает влияния на величину напряжения на первом резисторе 11, так как первый фото- диод 5 в этом случае работает в фотодиодном режиме и через него протека0

56

5 5 0

1494

ет незначительный ток от шины 19 источника питания через открытый первый транзистор 1.

Коэффициент усилиения первого транзистора 1 должен быть таким, чтобы входной ток первого транзистора 1 во всем рабочем диапазоне входных напряжений обеспечивал работу второго фотодиода 6 в глубоком вентильном режиме (с максимальной фото-ЭДС ,5 В), т.е. входной ток устройства должен составлять малую величину от максимального тока, который способен пропустить второй фотодиод 6, работая в фотодиодном режиме.

В процессе передачи входного сигнала в нагрузку значительная величина фото-ЭДС второго фотодиода 6 обеспечивает такое состояние дифференциального усилителя 8, при котором на его выходе низкий потенциал, удерживающий в выключенном состоянии элемент И-НЕ 9 и сохранякяций включенное состояние дополнительного 3 и второго 2 транзисторов, а следовательно, и максимальный ток через светодиод 7 дифференциального оп- трона 4.

В случае возникновения аварийной ситуации (выход амплитуды входного сигнала за пределы рабочего диапазона, замыкание нагрузки, уменьшение коэффициента усиления первого транзистора 1, например, по причине старения) входное сопротивление эмиттерного повторителя понижается, а входной ток первого транзистора 1 возрастает. Возрастание входного тока эмиттерного повторителя приводит к тому, что вентильная фото-ЭДС второго фотодиода 6 начинает уменьшаться по абсолютной величине. Дифференциальный усилитель В имеет достаточно высокую чувствительность и настроен таким образом, что даже при уменьшении фото-ЭДС второго фотодиода 6 по абсолюной величине, на выходе дифференциального усилителя 8 появляется высокий потенциал. С этого момента времени на обоих входах элемента И-НЕ 9 одновременно оказываются высокие потенциалы, что приводит к включению элемента И-НЕ 9 и шунтированию им базовой цепи дополнительного транзистора 3 (ток через первый дополнительный резистор 16 ответвляется через открытй выход элемента И-НЕ 9).

5

Прекращение базового тока дополнительного транзистора 3 приводит к его выключению, а следовательно, прекращению базового тока второго транзистора 2 и его выключению. Пос ле выключения второго транзистора 2 начинает протекать ток через индикаторный светодиод 10 и третий дополнительный резистор 18 (до этого времени они были шунтированы открытым вторым транзистором 2). Величина третьего дополнительного резистора 18 выбирается таким образом, чтобы после выключения второго транзистора 2 ток через светодиод 7 значител но падал (например, уменьшался на порядок). Значительное (скачкообразное) уменьшение тока светодиода 7 приводит к тому, что второй фотодио

6 переходит из вентильного режима ра-20 жения питания необходимо выполне-:

боты в фотодиодньш и ограничит входной ток эмиттерного повторителя практически на том же уровне, который предшествовал аварийному состоянию. Входной ток первого транзистора 1 в этом случае определяется коэффициентом передачи оптоэлектронной пары светодиод 7 - второй фотодиод и током через светодиод 7 и не зависит от величины напряжения, поступающего в этот момент на вход.

Ограничение входного, тока в аварийной ситуации на таком низком уровне практически не изменяет мощностного режима работы первого транзистора 1 по сравнению с его нормальным режимом. Поскольку в аварийном режиме ток, протекающий через третий дополнительный резистор 18 и светодиод 7, протекает и через индикаторный светодиод 10, появляется свечение последнего, что свидетельствует о нарушении нормального функционирования эмиттерного повторителя. В таком состоянии эмиттерный повторитель находится до тех пор, пока не будет устранена причина, вызвавшая аварийную ситуацию.

Минимальный входной ток через светодиод 7 (определяемый в основном третьим дополнительным резистором 18) должен выбираться еще и из трех соображений, чтобы при отключении вхо- да эмиттерного повторителя от объекта контроля на втором фотодиоде 6 появлялась вентильная фото-ЭДС (на холостом ходу второго фотодиода 6),

по величине.достаточная для автоматического приведения эмиттерного повторителя в исходное состояние.

Случайное снятие напряжения питания с шины 19 эмиттерного повторителя в процессе его работы приводит к полному прекращению тока через светодиод 7, а следовательно, и второй фотодиод 6, при этом входное сопротивление эмиттерного повторителя возрастает, что исключает аварийное состояние объекта контроля (исключается вообще какое-либо влияние эмитерного повторителя на объект контроля) .

Для сохранения высокого входного сопротивления эмиттерным повторителем в период переходных процессов при включениях и выключениях напряние следующего

|и,

соотношения:

;И(Ч1

5

0

5 5

0

5

бк мркс г где Ugjj.MQKc максимальная величина рабочего напряжения входного сигнала; Ug - порог срабатывания

второго транзистора 2. При соблюдении этого неравенства в процессе уменьшения напряжения питания эмиттерного повторителя (при выключении питания) большой ток через светодиод 7 прекращается раньше, чем наступает равенство напряжений на входе и шине 19. В процессе нарастания напряжения питания эмиттерного повторителя (при включении питания) большой ток через светодиод 7 появляется после того, когда напряжение питания на шине 19 превысит напряжение на входе эмиттерного повторителя. При уменьшении амплитуды входного сигнала до нуля (фронт спада входного сигнала) на выходе эмиттерного повторителя сигнал также спадает до нуля, а первый фотодиод 5 переходит из фотодиодного в вентильный режим работы. При этом переход первого фотодиода 5 в вентильньй режим ускоряет разряд паразитных емкостей нагрузки, в результате чего обеспечивается высокое быстродействие эмиттерного повторителя при выключении.

В процессе работы эмиттерного повторителя второй фотодиод 6 постоянно облучается фотонами, излучаемыми све тодиодом 7, в результате чего частотные свойства эмиттерного повторителя не ограничиваются частотными свойствами второго фотодиода 6, по-

этому предельная частота работы эмит терного повторителя может на несколько порядков превосходить предельную частоту работы оптоэлектронной пары светодиод 7 - второй фотодиод 6.

Для исключения ложного срабатывания защиты эмиттерного повторителя при включении напряжения питания, когда вход до включения питания уже подключен к объекту контроля и находится под напряжением, необходимо, чтобы в процессе нарастания напряжения питания высокий потенциал на первый вход элемента И-НЕ 9 поступал после того, как светодиод 7 включится под большой ток, на втором фотодиоде 6 появится достаточное вентильное напряжение, а дифференциальный усилитель 8 сформирует на второй вход элемента И-НЕ 9 низкий уровень напряжения. Дпя этого необходимо выполнение следующего условия:

и.|.

где Ц

15

и„

lu,J f . .

-напряжение включения второго стабилитрона 15;

-порог срабатывания второго транзистора 2.

Фор м у ла изобретения

Эмиттерный повторитель, содержащий первый транзистор, включенный по.схеме с общим коллектором, эмиттер которого является выходом эмит- терного повторителя и через параллельно соединенные первый резистор и первый фотодиод, включенный в обратном направлении, дифференциального оптрона соединен с общей шиной, второй фотодиод дифференциального оптроРедактор В.Петраш

Заказ 4834/55Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская, наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4

0

s

0

5

0

5

на включен в обратном направлении в . цепи базы первого транзистора, а также второй транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, база которого соединена через первый стабилитрон с первым выводом второго резистора, коллектор второго транзистора через последовательно соединенные третий резистор и светодиод, включенный в прямом направлении, диф-- ференциального оптрона подключен к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения надежности при сохранении точности согласо- вания, в него введены дифференциальный усилитель, элемент И-НЕ, индикаторный светодиод, первый, второй и третий дополнительные резисторы, второй стабилитрон и дополнительный транзистор, эмиттер которого соединен с общей щиной, коллектор - с вторым выводом второго резистора, база- с первым выводом первого дополнительного резистора и с --входом элемента И-НЕ, первый вход которого через второй дополнительный резистор соединен с общей шиной, а через второй стабилитрон - с вторым выводом первого дополнительною резистора, эмиттером второго транзистора к шиной источника питания, второй вход элемента И-НЕ соединен с выходом дифференциального усилителя, входы которого подключены к электродам второго фотодиода дифференциального оптрона, при этом коллектор второго транзистора через последовательно соединенные третий дополнительный резистор и индикаторный светодиод подключен к шине источника питания.

Составитель Ю.Рогаткин

Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец

Изобретение относится к усилительной технике и может использовать- мя Н качестве согласующего или разделительного каскада в электронных устройствах. Повышается надежность при сохранении точности согласова- . ния. Эмиттерный повторитель содержит транзисторы (Т) 1-3, дифференциальный оптрон 4, дифференциальный усилитель 8, элемент И-НЕ 9, индикаторный светоди д 10, резисторы 11-13, 16-18, стабилитроны 14 и 15. Диффе- ренциальный оптрон 4 выполнен на фотодиодах 5, 6 и светодиоде 7. По шине 19 подается нарастающее питание. Через резистор 16 и Т 3 начинает протекать ток. Когда питающее напряжение превьш1ает уровень переключения Т 2 в базовой цепи Т 2 появляется ток. Он протекает через стабилитрон 14, резистор 12, Т 3, светодиод 7. При этом фотодиоды 5 и 6 генерируют максимальную фото-ЭДС. Элемент И-НЕ 9 выключен. При поступлении входного сигнала в базовой цепи Т1 появляется ток. На резисторе 11 появляется выходной сигнал;. Его амплитуда практически не отличается от амплитуды входного сигнала, т.к. падение напряжения на переходе база-эмиттер Т i (Л ю сд О) со