Усилитель мощности Советский патент 1987 года по МПК H03F3/20 

15

Изобретение относится к радиотехнике и може,т быть использовано в усилителях высококачественной аппаратуры воспроизведения звука, в частное- ти в качестве входных каскадов операционных усилителей.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На чертеже, представлена принципи- IQ альная электрическая схема предложенного усилителя мощности.

Усилитель мощности содержит входной фазоинверсный каскад 1, вьшол- ненный на двух парах транзисторов, промежуточные каскады 2 и 3 на транзисторах 4,5 и 6,7 одного типа структуры и на транзисторах 8,9 и 10,11 другого, типа структуры, два суммирующих каскада на транзисторах 12,13 и 14,15, два генератора тока на первых резисторах 16 и 17, вторые резисторы 18 и 19 и третьим резисторы 20 и 21 соответственно, два делителя напряжения 22,23, цепь 24 смещения, выходной двухтактный каскад 25, цепь отрицательной обратной связи 26.

Усилитель мощности работает следующим образом.

В отсутствии входного сигнала все четыре коллекторных тока транзисторов входного фазоинверсного каскада 1 равны, поскольку каскад вьшолнен на парах транзисторов и имеет нулевые входные базовые потенциалы. Величина коллекторных токов задается делите- лями напряжения 22,23, а также первыми резисторами 16,17 и напряясением питания.

20

25

30

35

Нагрузкой входного фазоинверсного каскада служат переходы эмиттер-база транзисторов 6,7 и 10,11, а также переходы база-эмиттер транзисторов 4,5 и 8,9, и поскольку все они выполнены на технологических парах .транзисторов, то создавае1-1Ь е- на переходах напряжения попарно равны следовательно., равны в плечах и коллекторные токи.

На резисторах 18,19 и 20,21 происходит сложение токов фазоинверсного и промежуточного каскадов, при этом в случае неравенства токов чере резисторы 16 и 17,. вызванного, например неидентичностью источников питания, токи через резисторы 18,19 также будут равны токам через резисторы 20,21.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Одновременно через резисторы 19 и 21 задаются токи транзисторов 13 и 15 соответственно. Падение напряжения на база-эмиттерных переходах транзисторов 13 и 15 скомпенсировано падением напряжения на транзисторах 12 и 14 соответственно, поэтому эмиттеры транзисторов 13 и 15 отслеживают потенциалы, создаваемые на резисторах 9 и 20 соответственно, с,пе- довательно, токи через резисторы 18-21 равны между собой. Таким образом, ток через транзисторы 13 и 5 в отсутствии входного сигнала равен току, протекающему через резисторы 18 и 20, а равенство коллекторных токов этих транзисторов обеспечивает для выходного каскада 25 нулевой входной сигнал, которьй передается в нагрузку через выходной двухтактньй каскад 25.

Падение напряжения на цепи 24 смещения создает начальное смещение на базах входных транзисторов выходного каскада 25.

При подаче положительной полуволны сигнала на вход усилителя мощности произойдет диагональное пере- распределение токов в входном фазо- инверсном каскаде 1 таким образом, что увеличатся токи через транзисторы 6 и 1 1 и на столько же уменьшатся токи через транзисторы 7 и 10, что, в свою очередь, вызовет адекватное п(2рераспределение токов в дифференциальных парах промежуточных каскадов, выполненных на транзисторах 4,5 и 8,9, последнее приведет к удвоенному изменению выходных токов промежуточных каскадов 2,3 по сравнению с входным фазоинверсным каскадом 1.

Это изменение приведет к уменьшению коллекторного тока транзистора 13 и такому же увеличению тока транзистора 15. Разностный ток транзисторов 13 и 15 является входным током выходного двухтактного каскада 25 и усиленный последним выделяется на нагрузке.

При подаче отрицательной полуволны сигнала на вход усилителя произой- дет идентичное, с точностью до знака, перераспределение токов в транзисторах усилителя, в результате чего произойдет увеличение тока транзистора 13 и такое же уменьшение тока транзистора 15. Разностный ток

транзисторов 13 и 15 является входны током выходного двухтактного каскада 25 и усиленньй последним выделяется на нагрузке.

В предлагаемом усилителе обеспечивается скорость нарастания фронта выходного сигнала вьше по сравнению с известным при сохранении высокой линейности.

У известного усилителя максимальная скорость (V ) нарастания фронта определяется выходным током фазоинверсного каскада 1 и емкостя- ми-база-коллекторных переходов транзисторов в фазоинверсном каскаде и в его нагрузке и выражается следующей зависимостью

прот где 21 21о

2с:

0 С

максимальный выходной ток фазоинверсного каскада; Сц - емкость база-коллекторных переходов транзисторов фазоинверсного каскада и его нагрузки.

У предлагаемого усилителя мощности максимальная скорость нарастания фронта V . , определяется отношеМм КС

нием выходного тока суммирующего

каскада I

5 макс

К емкостям база-кол ПП ья г V..

лекторных переходов (С транзисторов 13,15 и первых транзисторов выходного двухтактного каскада

V JOKc макс . 5С

(1)

Выразим I f „с1Ц(. через ток входного фазоинверсного каскада. Коллекторные токи входного фазоинверсного каскада I ,1 напряжение

выражаются через входное

I о(- 1,1 + th(JL) 1

+ Yll - I

fr

О

V ° (2)

I У-1,1 -tMjii).,-.

где с/ - коэффициент усиления по току

в схеме с общей базой; 2I(j - ток через резистор 17;

if - температурный потенциал;

th - гиперболический тангенс.

Нагрузкой входного фазоинверсного каскада служат базаэмиттерные переходы транзисторов 6,7.

Поскольку динамическое сопротивление нагрузки низкое, то эффект

Миллера не проявляется, а нелиней- ность нагрузки скомпенсирует нелинейность дифференциальной пары на транзисторах 4,5,что подтверждается вы- ражениями (3,4,5).

Падение напряжения на переходах база-эмиттер транзисторов 6,7 (,. БЭ7 определяется

636

V

БЭ6 Bi7

г

- KDS ,

L/ я т

(3)

где IKC I .Q - обратный ток коллекторов пары транзисторов 6,7.. Входное напряжение дифференциального каскада (dV) на транзисторах 4,5 равно

V

БЭ4

- V

635

- V

БЭ -I

- V

Б95

20

- (А)

где V

B3i

- напряжение на переходе

база-эмиттер i-ro транзистора.

Коллекторные токи I - , I диффе- 25 ренциального каскада на транзисторах

4,5 связаны между собой следующим

соотношением

L .

к, Подстановкой V из формулы 4 получаем

Т т 1x1 Itc

i;; - ir

(5)

Подстановкой формул 2 в 5 находим 35 токи , на выходе промежуточного каскада 2

I, 21 21(

+ YlL). .

(6)

40

I, 21 21,(1 -|-;).

5

0

5

Запишем закон Кирхгофа для токов узла1

1з 14 - 1, , . (7) где 1 - ток через резистор 19;

Ij - коллекторный ток транзистора 13.

Поскольку транзисторы 12,13 идентичны, то падение напряжения на транзисторе в диодном включении 12 равно падению напряжения база-эмиттер транзистора 13, следовательно, напряжение на резисторе 19 при наличии сигнала отслеживает за напряжением на резисторе 18 посредством транзистора 13, т.е. R, I2, при R,j 0,5Rjj получаем I 21 (8J Подставляя (8) и (6) в (7) получаем

Z

2Т

-2 .

21,(2 bl т ЗУбх

- 1 +

) 21„(1 чналогично находим, что

ll 21

JVftx

(9)

(10)

fl - ,

Из формул (9) и (10) видно., что

выходной ток суммирующего каскада не зависит от параметров используемых транзисторов, что подтверждает линейность усиления.

Выходной ток суммирующего каскада

Ij равен

значение тока I

5 мсчкс

I.

I

f iMcuKC - Эмакс Змим Из формул (9) и (10)

3 мин I

- Змин 81,

0,. тогда

Змакс Подстановкой (11) в (1 )

(11) находим,

что

V

waKC.

При одинаковых значениях С и 1 скорость нарастания фронта у предла- .гаемого усилителя вдвое выше.

Кроме того, увеличение IQ в известном устройстве ограничивается устойчивостью усилителя, связанной с увеличением частоты среза. В пред- .лагаемом усилителе частота среза, а

и I,

следовательно, ,

пше значения из-за сведения

му эффекта Миллера.

могут иметь боль- к минимуФормула изобретения

Усилитель могцности, содержащий входной фазоинверсный каскад, выполненный на двух парах транзисторов, имеющих противоположный тип структуры, включенных по дифференциальной

с транзисторов через введенные второй и третий резисторы соответственно подключены к пшне источника питания, при этом коллектор шестого транзистора каждого суммирующего каскада сосхеме,выходной двухтактный каскад с цепью смещения на диодах во входной цепи и gQ единен с входом соответствующего цепью отрицательной обратной связи с плеча двухтактного выходного каскада

508186 .

выхода выходного двухтактного каскада на один вход входного фазоинверсного каскада, другой вход которого являJ- ется входом усилителя мощности, о т- личающийся тем, что, с .целью повьшения быстродействия, в . каждое плечо входного фазоинверсного каскада включен промежуточный каскад,

10 выполненный на первом, втором, третьем и четвертом транзисторах, имеющих тот же тип структуры, что и транзисторы входного фазоинверсного каскада данного плеча, и суммирующий каскад,

15 выполненный на пятом и шестом транзисторах, тип структуры которых противоположен типу структуры транзисторов фазоинверсного каскада данного плеча, при этом база первого и эмит20 тер третьего транзисторов, а также база второго и эмиттер четвертого транзисторов попарно объединены и подключены к коллекторам транзисторов данного плеча входного фазоин25 версного каскада соответственно, причем эмиттеры первого и второго транзисторов объединены и через первый резистор подключены к эмиттер- ной цепи транзисторов другого плеча

30 входного фазоинверсного каскада,

коллекторы первого и четвертого, транзисторов объединены и подключены к коллектору и базам пятого и шестого транзисторов соответствующего, суммирующего каскада, эмиттер шестого транзистора соединен с коллекторами второго и третьего транзисторов промежуточного каскада, базы третьего и четвертого транзисторов объединены

40 и подключены к отводу введенного

соответствующего делителя напряжения включенного между соответствующей шиной источника питания и общей шиной, а эмиттеры пятого и шестого

с транзисторов через введенные второй и третий резисторы соответственно подключены к пшне источника питания, при этом коллектор шестого транзистора каждого суммирующего каскада со35

gQ единен с входом соответствующего плеча двухтактного выходного каскада

1 nv 1

iTiJ

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение быстродействия. Усилитель мощности содержит входной фазоинверсный каскад, выполненный на двух парах транзисторов, промежуточные каскады, выполненные на транзисторах, суммирующие каскады, вьшолненные на транзисторах, г-ры тока на резисторах, делители напряжения, цепь смещения, выходной двухтактный каскад и цепь отрицательной обратной связи. При подаче положительной (отрицательной) полхуволны сигнала на вход усилителя мощности происходит перераспределение токов в транзисторах промежуточного каскада. В результате этого происходит уменьшение (увеличение) тока одного из транзисторов суммирующего каскада и такое же увеличение (уменьшение) тока другого транзистора. Разностный ток указанных транзисторов является входкьм током выходного двухтактного каскада и усиленный последним выделяется на нагрузке. Цель достигается за счет увеличения скорости нарастания фронта выходного сигнала, 1 ил. i (Л с со ел о оо 00

..J

LV

21

- -о

Составитель Н.Дубровская Редактор С.Патрушева Техред и.Попович Корректор А.Тяско

5297/56

Тираж 900Подписное

ВНИШИ 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