Дифференциальный усилитель Советский патент 1989 года по МПК H03F3/45 

1

(21)4235227/24-09

(22)23.04.87

(46) 15.10.89. Бюл. № 38

(71)Таганрогский радиотехнический институт

(72)В.П.Золотых

(53)621.375.024 (088.8)

(56)Заявка Японии № 58-16643, кл. Н 03 F 3/02, опублик. 1983.

(54)ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

(57)Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - уменьшение нестабильности коэф.усиления, входного тока и входного сопротивления. Дифференциальный усилитель содержит транзисторы 1-6, цепи 7 и 8,

выполненные на последовательно соединенных прямосмещенном диоде и резисторе, резисторы 9 и 10 обратной связи, г-р 11 тока и шины 12 и 13 источника питания. В данном усилителе закон изменения токов эмиттеров транзисторов 1 и 2 повторяет закон изменения коэф.передачи базового тока. Это приводит к тому, что входные токи и входные сопротивления практически не зависят от дестабилизирукяцих факторов, так как они определяются не абсолютными . значениями коэф. передачи базового тока и токов эмиттеров транзисторов 1 и 2, а их отношением. Стабилизация коэф. усиления достигается за счет выполнения его нагрузки управляемой. . 1 ил.

(О

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - уменьшение нестабильности коэф. усиления, входного тока и входного сопротивления. Дифференциальный усилитель содержит транзисторы 1-6, цепи 7 и 8, выполненные на последовательно соединенных прямосмещенном диоде и резисторе, резисторы 9 и 10 обратной связи, г-р 11 тока и шины 12 и 13 источника питания. В данном усилителе закон изменения токов эмиттеров транзисторов 1 и 2 повторяет закон изменения коэф.передачи базового тока. Это приводит к тому, что входные токи и входные сопротивления практически не зависят от дестабилизирующих факторов, т.к. они определяются не абсолютными значениями коэф.передачи базового тока и токов эмиттеров транзисторов 1 и 2, а их отношением. Стабилизация коэф.усиления достигается за счет выполнения его нагрузки управляемой. 1 ил.

СП ел

со 4

4а

31

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в опе рацлоииых усилителях, вьтолненных в виде интегральных схем.

Цель изобретения - уменьшение нестабильности коэффициента усиления, входного тока и входного сопротивления.

На чертеже представлена принципи- альпая электрическая схема дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель содер

Поскольку изменяющийся под действием дестабилизирующих факторов ток коллектора транзистора 3 является током эмиттеров транзисторов 1 и 2, то токи эмиттеров транзисторов 1 и 2 оказыважит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 транзис- 15 ются прямо пропорциональными величи- торы, цепи 7 и 8, выполненные на пос- не /3. ледовательно соединенных прямосмещен- ном диоде и резисторе,первый 9 и вто- pofi 10 резисторы обратной связи, генератор 11 тока и первую 12 и вторую 20 фициента передачи базового тока вход- 13 шины источника питания.ные токи и входные сопротивления предДифференциальный усилитель работает следующим образом.

Уменьшение пестаб1шьности коэффициТак как закон изменения токов эмиттеров первого и второго транзситоров 1 и 2 повторяет закон изменения коэфлагаемого дифференциального усилителя оказываются практически не зависящими от дестабилизирующих факторов, так как

ента усиления, входного тока и вход- 25 они определяются не абсолютными зн аного сопротивления дифференциального усилителя заключается в следующем. Под действием дестабилизирующих факторов таких, как температура, нестабильность технологического продес- са, временное старение изменяются параметры транзисторных структур, среди которых наиболее нестабильным является коэффициент передачи базового тока ( /1). В известных устройствах в которых применена жесткая стабилизация токов эмиттеров входных транзисторов, наблюдается сущеетвегиюе

Стабилизация коэффициента усиления дифференциального усилителя достигается за счет выполнения его нагрузки управляемой, причем введение четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 транзисторов с их связями и одновременная стабилизация тоКов без третьего 3, четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 транзисторов генератором 11 тока привели к тому, что между изменением под действиизменение входных токов, так как они равны oTHomeHiiTO тока эмиттера первого Q ем дестабилизирующих факторов пара- и второго транзисторов 1 и 2 коэффи- метров первого и второго транзисторов циенту передачи базового тока. Постоянство тока эмиттера первого и второго транзисторов 1 и 2 известных

1 и 2 и изменением параметров нагрузки существует жесткая функциональная :. связь. Указанная функциональная связь

устройств и cyiuecTBeiiHoe (в несколь- ., приводит к тому, что отношение токов

ко раз) измененпе коэффициента передачи базового тока под действием де- стабилизирую диз1 факторов приводят к значительному разбросу и нестабиль- ностям не только входных токов известных устройств,но и их входных сопротивлений, которые прямо пропорциональны величине кoэффицvIeнтa передачи базового тока, но обратно пропорциональны значению тока эмиттера первого и второго транзисторов.

В предлагаемом устройстве ток коллектора транзистора 3 под действием . дecтaбил iзиpyюIдиx факторов изменяется

50

55

эмиттеров первого и второго транзисторов 1 и 2 и токов, протекающих через цепи 7 и 8, при любых значениях дестабилизирующих факторов остается постоянньм. Если учесть, что сопротивление коллекторных переходов четвертого и пятого транзисторов 4 и 5 много больше подключенных параллельно к ним сопротивлений цепей 7 и 8 и то, что основной вклад в сопротивление цепей 7 и 8 вносит дифференциальное . сопротивление входящих в них диодов, то становится очевидным, что постоянство отношения токов эмиттеров первопрямо пропорционально коэффициенту передачи базового тока. Такое изменение коллекторного тока транзистора 3 вызвано тем, что он равен произведению коэффициента передачи базового тока на ток базы транзистора 3, который стабилизирован генератором 11 тока.

Поскольку изменяющийся под действием дестабилизирующих факторов ток коллектора транзистора 3 является током эмиттеров транзисторов 1 и 2, то токи эмиттеров транзисторов 1 и 2 оказываются прямо пропорциональными величи- не /3. фициента передачи базового тока вход- ные токи и входные сопротивления предются прямо пропорциональными величи- не /3. фициента передачи базового тока вход- ные токи и входные сопротивления предТак как закон изменения токов эмиттеров первого и второго транзситоров 1 и 2 повторяет закон изменения коэфлагаемого дифференциального усилителя оказываются практически не зависящими от дестабилизирующих факторов, так как

зо

35

чениями коэффициента передачи базового тока и токов эмиттеров первого и второго транзисторов 1 и 2, а их отношением.

Стабилизация коэффициента усиления дифференциального усилителя достигается за счет выполнения его нагрузки управляемой, причем введение четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 транзисторов с их связями и одновременная стабилизация тоКов без третьего 3, четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 транзисторов генератором 11 тока привели к тому, что между изменением под действи Q ем дестабилизирующих факторов пара- метров первого и второго транзисторов

ем дестабилизирующих факторов пара- метров первого и второго транзисторов

1 и 2 и изменением параметров нагрузки существует жесткая функциональная :. связь. Указанная функциональная связь

0

5

эмиттеров первого и второго транзисторов 1 и 2 и токов, протекающих через цепи 7 и 8, при любых значениях дестабилизирующих факторов остается постоянньм. Если учесть, что сопротивление коллекторных переходов четвертого и пятого транзисторов 4 и 5 много больше подключенных параллельно к ним сопротивлений цепей 7 и 8 и то, что основной вклад в сопротивление цепей 7 и 8 вносит дифференциальное . сопротивление входящих в них диодов, то становится очевидным, что постоянство отношения токов эмиттеров первого и второго транзисторов 1 и 2 и ков, протекаюЕщх через цепи 7 и 8, является flocTaT04Hbnvi условием для поддержания коэф4жциента ус1шения диффе- ренциального усилителя на постоянном уровне, так как в этом случае он определяется только отношением дифференциального сопротивления диода цепи 7

- 1515344 точто законы изменения указанных суммар

ных значении токов под действием де стабилизирующих факторов будут идентичны.

Так как ток коллектора шестого транзистора 6 через первый и второй транзисторы 1 и 2 не протекает, то сум-

(8) к дифференциальному сопротивлению in марное значение токов коллекторов перэмиттерного перехода первого (второго) транзистора 1 (2), которое, в свою очередь, равно отношению тока эмиттера первого (второго) транзистора

вого и второго транзисторов 1 и 2 оказывается большим, чем суммарное значение токов коллекторов четвертого и пятого транзисторов 4 и 5 на величину

(2) (8).

к току, протекающему через цепь 55 . коллектора шестого транзистора

Поскольку разностный ток коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2 и четвертого и пятого транзисторов 4 и 5, равный току коллектора шестого транзистора 6, протекает через цепи 7 и 8, то отсюда следует, что суммарное значение токов, протекающих через цепи 7 и 8 при любых значениях дестабилизирующих факторов равно току коллектора шестого транзистора 6. При полностью симметричной схеме ток, протекающий через любую из цепей 7 и В, равен половине тока коллектора шестого транзистора 6. Учитывая, что четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 транзисторы работают при одном и том же напряжении смещения, соотношение токов их коллекторов будет определяться только соотношением площадей эмиттеров и не будет зависеть от дестабилизирующих факторов Отсюда следует, что токи коллекторов четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 транзисторов, распределяясь прямо пропорционально площадям эмиттеров, под действием дестабилизирующих факторов будут изменяться по одному закону, причем по тому же закону, что и токи коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2, так как все указанные

Для того, чтобы убедиться в том, что отношение токов, протекающих через цепи 7 и 8, и токов эмиттеров 20 первого и второго транзисторов 1 и 2 остается постоянным при любых величинах дестабилизирующих факторов, обратим внимание прежде всего на то, что ток бгаэы третьего транзистора 3 и 25 суммарное зна1гение токов баз четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 транзисторов стабилизирован одним и тем же генератором 11 тока. Отсюда следует, что при идентичности параметров 30 транзисторов значение тока коллектора третьего транзистора 3 и суммарное значение токов коллекторов четвертого . 4, пятого 5 и шестого б транзисторов равны друг другу. Если учесть, что ток , коллектора третьего транзистора 3 равен сумме токов эмиттеров первого и второго транзисторов 1 и 2, которые, в свою очередь, практически равны токам коллекторов первого и второго JQ транзисторов 1 и 2, то можно считать что суммарное значение токов коллекторов третьего 3, четвертого 4 и пятого 5 транзисторов равно суммарному

Поскольку разностный ток коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2 и четвертого и пятого транзисторов 4 и 5, равный току коллектора шестого транзистора 6, протекает через цепи 7 и 8, то отсюда следует, что суммарное значение токов, протекающих через цепи 7 и 8 при любых значениях дестабилизирующих факторов равно току коллектора шестого транзистора 6. При полностью симметричной схеме ток, протекающий через любую из цепей 7 и В, равен половине тока коллектора шестого транзистора 6. Учитывая, что четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 транзисторы работают при одном и том же напряжении смещения, соотношение токов их коллекторов будет определяться только соотношением площадей эмиттеров и не будет зависеть от дестабилизирующих факторов Отсюда следует, что токи коллекторов четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 транзисторов, распределяясь прямо пропорционально площадям эмиттеров, под действием дестабилизирующих факторов будут изменяться по одному закону, причем по тому же закону, что и токи коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2, так как все указанные

50

.,, . токи определяются как константа (ток

значению токов эмиттеров (.коллекторов дс «г ч „,.

- базы;, умноженная на величину коэффициента передачи базового тока.

Выбирая площади эмиттеров четвертого и пятого транзисторов 4 и 5 равными друг другу и значительно большими, чем площадь эмиттера шестого транзистора 6, получим, что через цепи 7 и В будет протекать ток, много меньший, чем.ток коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2. В результате этого получаем не только высокую стабильность коэффициента усиления, но и достаточную его величину.

первого и второго транзисторов 1 и 2 при любых значениях дестабилизирующих факторов, так как суммарное значение тех и других токов определяется произведением ТОКЕ генератора 11 тока на коэффициент передачи базового тока р, Следствием того, что суммарное значение токор коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2 и суммарное значение токов коллекторов четвертого 4, пятого 5 и шестого б транзисторов определяется как произведение тока генератора 11 тока на коэф4)ициент передачи базового тока /ь, является и то.

55

5344 что законы изменения указанных суммар

ных значении токов под действием де стабилизирующих факторов будут идентичны.

Так как ток коллектора шестого транзистора 6 через первый и второй транзисторы 1 и 2 не протекает, то сум-

марное значение токов коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2 оказывается большим, чем суммарное значение токов коллекторов четвертого и пятого транзисторов 4 и 5 на величину

. коллектора шестого транзистора

Поскольку разностный ток коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2 и четвертого и пятого транзисторов 4 и 5, равный току коллектора шестого транзистора 6, протекает через цепи 7 и 8, то отсюда следует, что суммарное значение токов, протекающих через цепи 7 и 8 при любых значениях дестабилизирующих факторов равно току коллектора шестого транзистора 6. При полностью симметричной схеме ток, протекающий через любую из цепей 7 и В, равен половине тока коллектора шестого транзистора 6. Учитывая, что четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 транзисторы работают при одном и том же напряжении смещения, соотношение токов их коллекторов будет определяться только соотношением площадей эмиттеров и не будет зависеть от дестабилизирующих факторов Отсюда следует, что токи коллекторов четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 транзисторов, распределяясь прямо пропорционально площадям эмиттеров, под действием дестабилизирующих факторов будут изменяться по одному закону, причем по тому же закону, что и токи коллекторов первого и второго транзисторов 1 и 2, так как все указанные

715153448

Формула изобретениячающийся тем, что, с целью

Дифференциальный усилитель, содер-уменьшения нестабильности коэффициен- жащий первый и второй транзисторы,та усиления, входного тока и входного базы которых являются входами диффе- ,сопротивления, введены четвертый, пя- ренциального усилителя, а эмиттеры-тый, шестой транзисторы, имеющие дру- через соответственно первый и второйгую структуру, эмиттеры которых под- резисторы соединены и подключены кключены к первой шине источника пи- коллектору третьего транзистора,тания, коллекторы к соответственно включенного по схеме с общим эмиттеромдколлекторам первого и второго тран- коллекторы первого и второго транзис-зисторов и к эмиттеру третьего тран- трров являются выходами дифференци-зистора, соединенному с второй шиной ального усилителя и через соответст-источника питания, при этом базы вующие цепи, состоящие из поспедова-четвертого, пятого, шестого транзис- тельно соединенных прямосмещенного J5торов соединены и через введенный диода и резистора, подключены к пер-генератор тока подключены к базе тре- вой шине источника питания, о т л и -тьего транзистора.