Широкополосный усилитель тока Советский патент 1988 года по МПК H03F1/42 

ВЫ)

о -

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в широкополосных усилителях для осциллографов и цифровых вольтметров.

Цель изобретения - повышение точности компенсации амплитудно-частотной харак- тepиcтJiки в широком диапазоне температур.

На чертеже представлена структурная электрическая схема широкополосного усилителя тока.

Напряжение на выходе источника 15 постоянного напряжения устанавливают таким, чтобы при нормальной температуре ( К) напряжение на выходе блока 17 вычитания было равно нулю. При этом исШирокополосный усилитель тока содер- IQ точник 15 выполняет функции элемента пажит входной каскад 1, выполненный на первом 2 и втором 3 выходных транзисторах, транзисторах 4 и 5 в диодном включении, первом 6 и втором 7 управляемых генераторах тока, N каскадов 8i, ..., 8 усиления,

каждый из которых выполнен на первом, 5 мальной температуре, втором, третьем, четвертом транзисторах 9-12 соответственно U третьих управляемых генераторах 13 тока, при этом первый, второй, третьи управляемые генераторы 6, 7 и 13 тока соответственно выполнены на тран- ., венно равны зисторах и резисторе 14 в их эмиттерной цепи, источник 15 постоянного напряжения, датчик 16 температуры, блок 17 вычитания, делитель 18 напряжения, формирователь 19 напряжения смещения, выполненный на операционном усилителе 20, первом 21 и вто- 25 ром 22 резисторах, дополнительном управляющем ген1ераторе 23 тока, выполненном на транзисторе и резисторе в его эмиттерной цепи.

Широкополосный усилитель тока работает следующим образом.

Усиливаемый сигнал подается на вход входного каскада 1. Приращение напряжений на р-«-переходах первой пары дифференциально включенных транзисторов 4 и 5 приводит к относительному изменению тока

мяти, поскольку сохраняет установленное значение напряжения независимо от изменения внешних условий, т. е. запоминает напряжение, соответствующее выходному сигналу датчика 16 температуры при норКоэффициент усиления по току /(, (на низких частотах) и полоса пропускания А/ широкополосного усилителя тока соответст C,(/,+/2+...+/N)//i; &.Ц (/2-)/Ко,

где/1,/2, ...,/„-суммарные эмиттерные токи второй дифференциальной пары транзисторов 2, 3 и 12, 11;

-коэффициент усиления одного каскада усиления;

-число каскадов усиления.

Ко

1-1

4-1

N

30

и его полосы пропускания Д1 , зависящей от граничной частоты транзисторов /. С изменением температуры окружающей среды

Величины Ki и Л/ определяют форму амплитудно-частотной характеристики широкополосного усилителя тока. Поэтому для стабилизации формы амплитудно-частотной характеристики в широком диапазоне температур осуществляется стабилизация его

ч ерез эти пeVexVды.Пocкoлькy на пряжение 35 коэффициента усиления К/, который зависит на р-«-переходах (база-эмиттер) транзис- от соотношения токов покоя всех каскадов торов 4 и 5 первой дифферециальной пары и транзисторов 3 и 2 второй дифференциальной пары входного каскада 1 поддерживается в балансе, то при воздействии входного 40 граничная частота / транзисторов изме- сигнала на р-и-переход с малым начальным няется обратно пропорционально относитель

ному изменению температуры Т (по Кельвину) Л/.,ЗЗАГ/Г. С другой стороны граничная частота / определяется протекающим через транзисторы током 7у , причем

мы создают г-п-переходы транзисторов 9 45 значение граничной частоты f прямо про- и 10 и транзисторов 11 и 12 каскадов 8i, ...порционально протекающему току /, т. е.

, где т - коэффициент пропорциональности (Гц/А). Это позволяет скомпенсировать температурные изменения граничной частоты / транзисторов соответствуютель 20 в формирователе 19 стабилизирует 50 щим изменением тока через него, причем коллекторный ток генератора 23, подклю- указанное изменение должно быть прямо ченного к выходу операционного усилителя 20, независимо от температурного изменения напряжения эмиттер-база и напряжения питания. При этом напряжения на-г--.,г

базах транзисторов генераторов 6, 7 и 13 55 р задается коэффициентом передачи бло- равно напряжению на базе транзистора гене- ка 17 вычитания, ратора 23 в формирователе 19. Следовательно, падение напряжения на всех резистотоком (транзисторы 4 и 5) формируется усиленное приращение тока на р-«-переходах второй дифференциальной пары транзисторов 2 и 3. Аналогичные балансные схе8ц усиления.

При нормальной температ уре окружающей среды ( К) операционный усилипропорционально относительному изменению температуры АГ/7. Коэффициент пропорциональности между относительными изменениями температуры и тока через транзистоКогда температура окружающей среды отличается от нормальной, то на выходе

pax 14 равно и это равенство сохраняется независимо от величины температурного изменения напряжения эмиттер-база транзисторов генераторов 6, 7 и 13 и напряжения питания.

Напряжение на выходе источника 15 постоянного напряжения устанавливают таким, чтобы при нормальной температуре ( К) напряжение на выходе блока 17 вычитания было равно нулю. При этом ис точник 15 выполняет функции элемента памальной температуре, енно равны

мяти, поскольку сохраняет установленное значение напряжения независимо от изменения внешних условий, т. е. запоминает напряжение, соответствующее выходному сигналу датчика 16 температуры при нормальной температуре, венно равны

Коэффициент усиления по току /(, (на низких частотах) и полоса пропускания А/ широкополосного усилителя тока соответстмальной температуре, венно равны

C,(/,+/2+...+/N)//i; &.Ц (/2-)/Ко,

где/1,/2, ...,/„-суммарные эмиттерные токи второй дифференциальной пары транзисторов 2, 3 и 12, 11;

-коэффициент усиления одного каскада усиления;

-число каскадов усиления.

Ко

1-1

4-1

N

и его полосы пропускания Д1 , зависящей от граничной частоты транзисторов /. С изменением температуры окружающей среды

коэффициента усиления К/, который зависит от соотношения токов покоя всех каскадов граничная частота / транзисторов изме- няется обратно пропорционально относитель

щим изменением тока через него, причем указанное изменение должно быть прямо -г--.,г

р задается коэффициентом передачи бло- ка 17 вычитания,

пропорционально относительному изменению температуры АГ/7. Коэффициент пропорциональности между относительными изменениями температуры и тока через транзисто р задается коэффициентом передачи бло- ка 17 вычитания,

Когда температура окружающей среды отличается от нормальной, то на выходе

делителя 18 формируется напряжение, пропорциональное относительному изменению температуры АГ/Г (по Кельвину). На вход делимого с выхода блока 17 поступает напряжение, пропорциональное абсолютному изменению температуры АГ, а на вход делителя - напряжение, пропорциональное абсолютному значению температуры Т окружающей среды. При этом ток транзистора генератора 23 в формирователе 19, а вместе с ним и токи всех транзисторов генераторов 6, 7 и 13, определяющие токи покоя соответствующих каскадов, изменяются пропорционально относительному изменению температуры по Кельвину. Следовательно, температурные изменения граничной частоты / транзисторов компенсируются одновременным изменением тока покоя A/N всех транзисторов. В результате стабилизации величины / обеспечивается постоянство полосы пропускания А/ широкополосного усилителя тока в широком диапазоне температур. При этом для сохранения общего коэффициента усиления в широкополосном усилителе тока обеспечивается одинаковое относительное изменение коллекторных токов (токов покоя) транзисторов всех каскадов.

В результате температурной стабилизации коэффициента усиления и полосы пропускания форма амплитудно-частотной характеристики широкополосного усилителя тока сохраняется неизменной в широком диапазоне температур.

В случае использования датчика температуры с цифровым выходом функции источника 15 (элемент памяти), блока 17 вычитания и делителя 18 напряжения могут быть выполнены микропроцессорным контроллером.

Формула изобретения

1. Широкополосный усилитель тока, содержащий входной каскад и N каскадов усиления, каждый из которых выполнен на первом и втором транзисторах, включенных по схеме с общей базой, при этом первые и вторые транзисторы всех каскадов включены последовательно по постоянному току с одноименными соответственно первым и

вторым выходными транзисторами входного каскада, включенными по схеме с общим эмиттером, эмиттеры которых объединены и через первый управляемый генератор тока соединены с первой шиной источника питания, базы объединены через соответствующие транзисторы в диодном включении, точка соединения эмиттеров которых через второй управляемый генератор токе подключена к первой шине источника питания,

0 при этом в каждом каскаде усиления эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с базами соответственно третьего и четвертого транзисторов, эмиттеры которых объединены и через третий управляемый генератор тока подключены к первой щине источника питания, а коллекторы подключены к коллекторам соответственно второго и первого транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации амплитудно-частотной характеристи0 ки в широком диапазоне температур, введены источник постоянного напряжения, датчик температуры, блок вычитания, делитель напряжения и формирователь напряжения смещения, выход которого подключен к управляющим входам первого, второго и третьих управляемых генераторов тока, при этом выходы источника постоянного напряжения и датчика температуры подключены к соответствующим входам блока вычитания, выход которого соединен с входом делимого

п делителя напряжения, вход делителя которого соединен с выходом датчика температуры, а выход - с управляющим входом формирователя напряжения смещения.

2. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что формирователь напряжения смещения

5 выполнен на операционном усилителе и дополнительном управляемом генераторе тока, выход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и через первый резистор - с шиной источника опорного напряжения, инвертирующий вход

0 которого соединен с общей шиной, а также на втором резисторе, первый вывод которого подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, а второй вывод является управляющим входом формирователя напряжения смещения.

5

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - noBbiujeHHe точности компенсации АЧХ в широком диапазоне температур. Для достижения цели в устр-во введены источник 15 постоянного напряжения, датчик 16 температуры, блок 17 вычитания, делитель 18 напряжения, формирователь 19 напряжения смещения. Формирователь 19 выполнен на операционном усилителе 20, резистора.х 21 и 22, дополнительном управляющем генераторе 23 тока. В результате температурной стабилизации коэффициента усиления и полосы пропускания форма АЧХ щирокополосного усилителя тока сохраняется неизменной в щи- роком диапазоне температур. В случае использования датчика 16 температур с цифровым выходом функции источника 15 (элемент памяти), блока 17 вычитания и делителя 18 напряжения м. б. выполнены микропроцессорным контроллером. I з. п. ф-лы, I ил.