Дифференциальный усилитель с коррекцией переходной характеристики Советский патент 1989 года по МПК H03F1/42 

виоЗ

ел

00 00

О)

H |jj-HKH

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в осциллографических устройствах, цифровых вольтметрах и приборах ядерной электроники. Цель изобретения - расширение температурного диапазона коррекции переходной характеристики дифференциального усилителя. Благодаря введению в схему управления варикапами регулятора 11 напряжения и управляемого генератора 13 постоянного тока с помощью нелинейного терморезистора осуществляется компенсация трудно предсказуемой режимной постоянной составляющей напряжения на электродах варикапов и за счет этого облегчается компенсация нелинейной зависимости емкости варикапов от регулирующего напряжения. Температурная зависимость суммарной емкости варикапов приобретает линейный характер. Благодаря этому температурный диапазон, при котором осуществляется автоматическая коррекция формы переходной характеристики, существенно расширяется по сравнению с прототипом. 4 ил.

Итобретение отниситсн к рлдиоичме- рительно технике и может быть исполь зипани в (Jcцилл(JГpaфичecкиx устрий- ствах, цифровых в(льтметрах и приби- рах ядерной электр(Л1ИКи.

Цель изсзбретения - расширение температурного диапазона коррекции переходной характеристики дифференциального усилителя,

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема дифференциального усилителя с коррек1щей переходной характеристики; на фиг.2 - переходная характеристика дифферен- циального усилителя без коррекции переходной характеристики (а - переходная характеристика дифференциального усилителя при нормальной температуре, 300 К; б - переходная ха- рактеристика при гювьиленной температуре, 1530 К; в - переходная характеристика при пониженной температуре, 250 К); на фиг.З - зависимость управляющего варикапами напряжения от температуры окружающей среды для

известного (а) и предлагаемого (б) устройств, а также зависимость управляющего варикапами напряжения от вехш чины тока, формируемого генератором постоянного тока в блоке управления варикапами (в); на фиг,4 - зависимость емкости Cj варикапа от величины управляющего напряжения Up (а), зависимость сопротивления R терморезисто ра от температуры окружающей среды (б), результат компенсации нелиней- ностей кривых Cg f(t ), R f(t )

(в).

Дифференциальный усилитель с кор- рекцией переходной характеристики содержит транзисторы 1 и 2, нагрузочные резисторы 3 и А, резисторы 5 и 6 обратной связи, варикапы 7 и 8, генератор 9 постоянного TcjKa, блок 10 управления варикапами, выполненный на регуляторе 11 напряжения, терморезисторе 12 , генераторе 13 iiocToHHnoro тока, а также первую и вторую шины 14 и 15 источника пита НИН и первую и вторую шины 16 и 17 дополнительного источника питания.

Дифференциальный усилитель с коррекцией переходной характеристики работает следующим образом.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря введению в схем управления дифференциальным усшш- телем регулятора напряжения и управляемого генерат(ра ностояннсл о тока с Помощью нелинейно1-о терморезистора осуществляется компенсация трудно предсказуем1 й peжимн(JЙ постоянной составляющей напряжения на электродах варикапов и за счет зтого облег-- чается компенсация нелинейной зависимости емкости варикапов от регулирующего напряжения. В результате температурная зависимс)сть суммарной емкости варикапов приобретает линейный характер. Благодаря этому температурный диапазон, при котором осуществляется автс матическая коррекция формы переходной характеристики, по сравнению с известным устройством существенно расширяется.

Управляемый генератор 13 постоянного тока выполнен на (основе транзистора и унрав;:яется путем подачи на его вход изменяемого постоянного напряжения .

На симметричны вход дифференциаль ного усилители (фиг.1) возде11ствуют входные сигналы в виде перепадов напряжении противоположно11 полярности. В каждом плече дифференциального усилителя возникает изменение коллекторного тока транзисторов I и 2, которое вызывает падение напряжении на нагрузочных резисторах 3 и 4. При этом коэффициент усиления дифференциального усилителя на постоянном токе и низких частотах

К (Кз + г,):

%- 26 мВ

где г V,/1 - эмиттерное сопротив- J

ление транзисторов

I и 2;

- температурный потенциал при Т 300 К; 1 - К(;ллекторный ток

каждого из транзисторов I и 2;

RI, RJ - сопротивлении резисторов 3 и 5.

При нормальной температуре (300 К) оптимальная форма переходной характеристики, т.е. выходного сигнала, достигается выбором такого значении емкости варикапа (фиг.4), при которой обеспечивается минимальное значение времени нарастания t и небольшой выброс в начале вершины переходн(}й характеристики (Л Uj/U i 3%) (фиг.2а). При этомемкости варикапа соответствует регулировочное напряжение и(фиг, 36,

фиг . 6). Это иапрявение 11()Л()Ж11тельной полярности 1)ормируется 33 счет падения )шпряжения, создаваемог(; током управляемого генератора 13 иост янного T(JKa на терморе П1сторе 12, и выходного наиряжения регулятора II напряжения. Величина регулировочного напряжения на катодах варикапов 7 и 8

и

п

Vi..

где - напряжение на выхс)де регулятора 11 напряжения; 1 - ток, формируемый управляемым генератором 13 постоянно го тока;

R - сопротивление терморезистора I2 при фиксированной температуре ,

Напряжение Up устанавливается при nt.:p:ji 1иа 1:альной настройке дифференциального усилителя с помсяиью потенциометра в регуляторе 11 напряжения и изменении величины тока в управляемом генераторе 13 постоянного тока. При этом введение регулятора 1 1 напряжения позволяет при первоначальной регулировке дифференциальног о усилителя (фиг.1) устранить нежелательное появление на анодах вг рикацов 7 и 8 постоянного или медленно ме1 як 1дего напряжения, вызванного разбросом напр жения эмиттер - база транзисторов 1 и 2, наличием режимного потенциала на предмдущем каскаде усиления и нестабильностью питающих напряжений. Поскольку напряжение Ur| на выходе регулятора Ii напряжения используется для компенсации указанного напряжения на анодах варикапов 7 и 8, то соотношение (1) приводится к виду

Up

I,R,

(2)

Зависимость емкости С 7 (8)

,g варикаг.-а. от регулирующего напряжения

Up i-f сит спа,п,)1Й характер (фиг,4а), Для температурной коррекции переход- нон характеристики усилителе температурная зависимость емкости варикапа также ,ил;«н;1 носить спадаюш,1-ш характер, 3 то же время, судя по выражению (2), с по ижением температуры сопрот , . U HHL R терморезистора 12 узелич1-; ается и U возрастает (фиг« 4б), Следовательно, при использовании описанных благоприятных для коррекции nepex-LoiiHoi : характернстики условий, К .гда пг/оислодит взаимная компенсация 1иишнейност(и R (фиг,4а , 6),

достигается существенное повышение линейности характеристики С (t ) (фиг,4в) и расширение температурного диапазона коррекции переходной характеристики дифференциального усилителя, В известном устройстве такая компенсация не может быть эффективной из-за наличия нерегулируемого первого источника напр.1 ен:1Я - когда температурная зависимость регулирующего на1,R,

не соответП}5яжения Up Ьri

сгьует нелинейной температурной зависимости термосопротивления 12,

Если при нормальной температуре 20°С (300 К) и значениях R 51 кОм, 1 О,1 мА напряжение на выходе блока 12 управления варикапами в соответствии с (2) равно U, 5,1 В (фиг, н), то при пивышеннои температуре 50 с (330 К) 7,5-0,1 0,75 В, поскольку R уменьшается со скоростью о( 4-8% на градус Цельсия (по отношению

к предыдущему значению сопротивления R). Уменьшение Up с ростом температуры (фиг,3б) приводит к увеличению емкости варикапов (фиг,4, точка Cjj) , уменьшению емкостного сопротивления варикапов 7 и 8 и, как следствие, к /-мокьшению времени нарастания пере- х(;дной характеристики дифференциаль- Hfjro ус.члителя. Переходная характеристика на фиг,26 за счет увеличения емкости варикапов 7 и 8 преобразовывается в форму, представленную на фиг.2а.

При понижении температуры, например, до сопротивление терморезистора 12 y,Bejni4HBaeTCH (для R у. 51 кОм до R 5АО кОм) и при установленном ранее значении I р ° 0,1 мА регулирующее напряжение lip становится равным iJp 54 В и в соответствии с фиг,4 емкость варикапа становится равной С , Уменьшение . е1-1кости варикапа приводит к увеличению общего емкостного сопротивления варикапов 7 и 8 на высоких частотах, в результате чего в области отрицательных температур полоса пропускания дифференциального усилителя сужается, а крутизна спада его амплитудно- частотной характеристики, обусловленная действием паразитных реактивностей, уменьшается. Это приводит к уменьшению выброса и,, на начальном участке вершины переходной характеристики (фиг,2в) и способствует преобразрввнию формы переходной характеристики к виду, представленному нафиг.2а, со- ответствукзщему нормальной температуре.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с известным за счет компенсации непредсказуемой величины постоянной составляющей напряжения на электродах варикапов 7 и 8 и, соответственно, компенсации нелинейно зависимости емкости варикапов 7 и 8 от регулирующего напряжения (причем обе операции осуществляются совместно существенно повышена линейность зависимости Cg fCt). При этом возмож- ность регулирования тока 1 управляемого генератора 13 тока при первоначальной настройке дифференциального усилителя обеспечивает плавное вертикальное перемещение регулировочных характеристик и, следовательно, более широкий температурный диапазон компенсации переходной характеристики (фиг.46,в,г). Отсутствие отрицательных значений Up в широком диапаэо }ie температур исключает возможность выхода варикапов 7 и 8 из режима регулируемой емкости, что существенно повышает надежность работы дифференциального усилите:г 1. Формула и 3 U б р е т е н и 1 Дифференциальн1)1Й усилитель с коррекцией переходной характеристики,

выполненный на двух транзисторах, коллекторы которых являются выходами дифференциального усилителя с коррекцией переходной характеристики и через нагрузочные резисторы соединены с первой шиной источника питания, между эмиттерами транзисторов включен два последовательно соединенных резистора обратной связи, точка соединения которых через генератор постоянного тока соединена с второй шиной источника питания, причем между эмиттерами транзисторов включены два включенных встречно варикапа, точка соединения которых подключена к выходу блока управления варикапами, содержащий дополнительный источник питания и терморезистор, отличаю щий- с я тем, что, с целью расширения температурного диапазона коррекции переходной характеристики, в блок управления варикапами введены регулятор напряжения и управллемый генератор постоянного тока, включенный между первой шиной дополнительного источник питания и первым выводом терморезистора, являющимся вькодом блока управления варикапами, второй вывод терморезистора через регулятор на1:ряже1а я соединен с второй шиной .ополнительного 1 сточника пита ИЯ .

(риэ.2

f,

..::

Г

Редактор А.Огар

Составитель И.Водяхина Техред А.Кравчук

Заказ 6610/56

Тираж 884

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Up

ГМ

ФигЗ

. iCg

VpnVft Ирв

ФигМ

Корректор О.Ципле

Подписное