Усилитель тока Советский патент 1989 года по МПК H03F3/45 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве широкополосного усилителя с постоянным коэффициентом усиления .

Цель изобретения - повышение стабильности коэффициента усиления, расширение динамического диапазона в сторону малых токов при сохранении быстродействия 0

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема усилителя тока.

Усилитель тока содержит первый, второй, третий, четвертый транзисторы 1 - 4, дифференциальный усилитель 5, генератор 6 тока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой резисторы 7 - 12, конденсатор 13, шина 14 источника питания, общая шина 15.

Усилитель тока работает следующим образом о

При отсутствии сигнала на входной шине (входной ток равен нулю), напряжение на этой шине также равно нулю. Это условие обеспечивается дифференциальным усилителем 5, следящим за нулем на входной шине. Генератором 6 тока задан такой ток, что коллекторный ток транзистора 3 равен коллекторному току транзистора 4,. При этом базовые токи транзисторов 1 и 2 отсутствуют и эти транзисторы закрыты. По резистору 2 ток не протекает, поэтому напряжение на эмиттере транзистора 1 равно нулю, -а следовательно, равно нулю и напряжение на резисторе 1, Ток эмиттера транзистора 1 равен нулю, а следовательно, равен нулю и ток его коллектора, являющийся выходным током усилителя тока.

При подаче на входную шину вытекающего тока транзистор 3 начинает запираться, транзистор 1 начинает открываться и по резистору 12 потечет ток почти равньй входному. Напряжение на резисторе 12 станет равным величине R л , это напряжение приложено к резистору 7 и через этот резистор потечет ток, равньй I

Rfi .

RH 5 RT сопротивления резисторов 12, 1 соответственноi Ток эмиттера транзистора 1 при этом будет Iji

«I &х+ этот ток (минус ток

где IВх - входной ток,

базы транзистора 1) поступает на выходную шину. Таким образом, входной и выходной токи устройства связаны соотношением

IBM i«o + г; о

Погрешность выполнения соотношения (1) определяется изменением величин следующих параметров: входного тока дифференциального усилителя 5, базового тока транзистора.3, потенциала на входной шине, базового тока транзистора 1. Если первые три

этих параметров не изменяются, а последний равен нулю, то соотношение (1) выполняется абсолютно точно.

Оценим вклад в общую погрешность выше названных составляющих.

0 Назначение дифференциального усилителя 5 - исключить дрейф нуля на входной шине, обусловленный медленными процессами (температурные дрейфы, старение, изменения напряжения

5 питания), поэтому в качестве дифференциального усилителя 5 может быть выбран усилитель с минимальным входным током и дрейфом нуля. В этом случае погрешность, обусловленную

0 параметрами дифференциального усилителя 5, Можно сделать пренебрежимо малой о

Отношение приращения тока эмиттера транзистора 1 к приращению тока

5 базы транзистора 3 равно /V Рз где /ь,, рэ- коэффициенты передачи токов соответствующих транзисторов. Если, например, р, р3 50, то погрешность, обусловленная изменением тока

0 базы Ти составит величину

2500

Погрешность, обусловленная измене- 5 нием напряжения на входной шине, определяется величиной входного тока, сопротивлением источника входного тока и коэффициентом усиления напряжения усилителя на транзисторе 3. « Наибольшая погрешность обусловлена тем, что ток коллектора транзистора 1 (выходной ток) и ток эмиттера этого транзистора отличаются на величину тока его базы. Для уменьшения е погрешности можно использовать супер- бета транзистор с /5 1000 или полевые транзисторы, либо организовать для транзистора 1 цепь положительной связи для базового тока.

Назначение транзистора 2 следующее. При отпирании транзистора 1 одновременно отпирается и транзистор 2, который образует совместно с транзистором 4 петлю положительной обратной связи для сигнала, выделяющегося на коллекторе транзистора 3. С увеличением напряжения на коллекторе транзистора 3 возрастает и ток коллектора транзистора 4, а так как транзистор 3 охвачен отрицательной обратной связью с использованием транзистора , то увеличится напряжение на базе транзистора 3.

В данной схеме может быть получено нулевое (в некоторых случаях отрицательное) сопротивление для входного сигнала. Компенсация уменьшения напряжения на входной шине осуществляется увеличением тока коллектора транзистора 3, при этом увеличивается базовый ток последнего Это позволяет почти полностью компенсировать погрешность, обусловленную уменьшением базового тока транзистора 3.Таким образом, благодаря транзистору 2 можно получить нулевое входное сопротивление схемы, исключить погрешности, обусловленные изменением потенциала входной шины и изменением базового тока транзистора 3. В том случае, когда усилитель тока имеет отрицательное сопротивление, удается значительно снизить и погрешность обусловленную наличием базового тока транзистора 1 (полная компенсация последней погрешности возможна только при линейной зависимости /} от тока коллектора).

Кроме того, транзистор 1 при отсутствии сигнала заперт, а при подаче сигнала переходит в активный режим. Однако, если транзистор 1 постоянно находится в активном режиме, то фронт выходного сигнала уменьшится примерно в два раза, задержка появления выходного сигнала также уменьшается примерно в два раза, задержка появления выходного сигнала также уменьшается в два раза. Если подключить к эмиттеру транзистора 1 первый дополнительный генератор -(вытекающего) тока (не показано), то активный режим работы транзистора 1 будет обеспечен. Но при этом даже при отсутствии входного сигнала на выходной шине будет ток, заданный подключенным первым дополнительным гене10

15

20

5

0

5

0

5

0

5

ратором тока. Чтобы это исключить, необходимо коллектор транзистора 1 подключить ко второму дополнительному генератору (втекающего) тока. Если в качестве транзистора 1 использован полевой транзистор I или базовый ток транзистора 1 каким-либо образом компенсируется, то необходим всего один генератор тока, подключенный одним выходом к эмиттеру (истоку), а вторым - к коллектору (стоку) транзистора I,

В предлагаемом устройстве даже при отсутствии входного сигнала и закрытом (выходном) транзисторе J на выходной шине имеется ток, обусловленный неуправляемым током коллектора и токами утечки. Если в предлагаемом устройстве подключить коллектор (выходного) транзистора 1 к генератору тока, то имеется возможность скомпенсировать часть вышеназванных токов, тем самым уменьшить статическую случайную погрешность устройства.

Формула изобретения

1. Усилитель тока, содержащий первый и второй транзисторы, имеющие одну структуру, базы которых объединены и подключены к коллектору третьего транзистора, имеющего ту же структуру, а эмиттеры через соответственно первый и второй резисторы подключены к общей шине, причем коллектор второго транзистора соединен с базой четвертого транзистора, а также третий резистор, первый вывод которого подключен к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности коэффициента усиления, расширения динамического диапазона в сторону малых токов при сохранении быстродействия, введены дифференциальный усилитель, конденсатор, генератор тока, четвертый, пятый, шестой резисторы, причем база четвертого транзистора, имеющего другую структуру, соединена с вторым выводом третьего резистора и через четвертый резистор, а эмиттер через пятый резистор - с шиной источника питания, коллектор соединен с коллектором третьего транзистора, между базой которого и шиной источника питания .включен генератор тока, причем инвертирующий вход дифферен. 1480095.

эо

циального усилителя является входоминвертирующий вход дифференциального

усилителя тока и соединен с базойусилителя, третьего транзистора, которая через

шестой резистор подключена к эмитте-2. Усилитель тока по п.1, о т - ру первого транзистора, коллекторличающийся тем, что, с которого является выходом усилителя целью повышения быстродействия, вве- тока, выход дифференциального усили-дены первый и второй дополнительные теля подключен к эмиттеру третьегогенераторы тока, выходы которых под- транзистора и через конденсатор - кjg ключены соответственно к эмиттеру общей шине, к которой подключен не-и коллектору первого транзистора.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве широкополосного усилителя с постоянным коэф. усиления. Цель изобретения - повышение стабильности коэф. усиления, расширение динамического диапазона в сторону малых токов при сохранении быстродействия. Усилитель тока содержит четыре транзистора 1-4, три резистора 7, 8, 9, шину 14 источника питания, общую шину 15. Для достижения цели введены дифференциальный усилитель 5, г-р тока 6, резисторы 10, 11, 12 и конд-р 13. Назначение усилителя 5 - исключить дрейф "нуля" на входной шине, обусловленный медленными процессами (температурные дрейфы, "старение", изменения напряжения питания). В том случае, когда усилитель тока имеет отрицательное сопротивление, удается значительно снизить и погрешность, обусловленную наличием базового тока транзистора 1 (полная компенсация возможна только при линейной зависимости *98в от тока коллектора). В предлагаемом устройстве даже при отсутствии входного сигнала и закрытом (выходном) транзисторе 1 на выходной шине имеется ток, обусловленный неуправляемым током коллектора и токами утечки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.