Широкополосный усилитель Советский патент 1990 года по МПК H03F1/42 

Изобретение относится к измерительной и усилительной технике и может использоваться в быстродействующих устройствах различного назначения.

Цель изобретения - уменьшение частотных погрешностей при сохранении высокой скорости нарастания.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема широкополосного усилителя.

Широкополосный усилитель содержит высокочастотный канал усиления на повторителе напряжения, выполненном на МДП-транзисторе 1, резисторе 2, первом 3 и втором 4 разделительных конденсаторах, низкочастотный канал усиления на опе- рационном усилителе (ОУ) 5 в инвертирующем включении, преобразователе напряжение в ток, выполненном на резисторе 6, транзисторах 7 и 8, диодах 9 и 10, резисторах 11, 12, фильтре нижних частот на резисторе 13, конденсаторе 14, предвыходной двухтактный каскад, выполненный на транзисторах 15-18, резисторах 19 и 20, конденсаторах 21 и 22, диодной цепи смещения на диодах 23 и 24, корректирующем конденсаторе 25, резисторе 26, резистив- ном делителе напряжения на резисторах 27 - 29, выходной двухтактный эмиттерный повторитель на транзисторах 30 - 33, резисторах 34 и 35.

Широкополосный усилитель работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал поступает одновременно на вход высокочастотного и низкочастотного каналов усиления широкополосного усилителя. Высокочастотный канал усиления образован повторителем напряжения на МДП-транзисторе 1. Сигнал с выхода высокочастотного канала усиления

через разделительные конденсаторы 3 и 4 поступает на базы транзисторов 15 и 18 Низкочастотный канал усиления образован ОУ 5 с фильтром нижних частот на входе.

Выходное напряжение ОУ 5 преобразуется в ток на резисторе 6 (R6), который поступает на вход каскада на транзисторах 7 и 8 и далее - в эмиттерные цепи транзисторов 15 и 18. Последние развязаны от нагрузки

транзисторами 16 и 17, включенными по схеме с общей базой. Сигнал с коллекторов транзисторов 16 и 17 через выходной двухтактный эмиттерный повторитель (транзисторы 30 и 33) со схемой защиты от короткого замыкания (транзисторы 31 и 32) передается в нагрузку.

Передаточная функция такого широкополосного усилителя находится как сумма

передаточных функций высокочастотного и низкочастотного каналов усиления.

Согласование высокочастотного и низкочастотного каналов усиления осуществляется подбором частоты среза низкочастотного и

высокочастотного фильтров (R13, С14 и СЗ, С4, R27, R28, R 29, где индекс соответствует порядковому номеру элемента) и коэффициентов усиления:

Кич(О)

Коу5(о) R26

Re к rn4 2 6

КВЧ(0)Р20

35Выходное напряжение ОУ 5 первоначально с помощью резистора 6 (R6) и каскада на транзисторах 7 и 8 преобразуется в ток, который протекает через транзисторы 15 и 20 и транзисторы 18 и 17 и на резисторе

40 26 (R26) преобразуется в напряжение.

Достоичс .ом rat его CQI тасования ОУ 5 с предвыходным двухтактным каскадом является возможность выбора коэффициента усиления Ку (0) в зависимости от решаемой задачи в очень больших пределах, например, 80- 140 дБ

Это не ухудшает запаса устойчивости по фазе широкополосного усилителя, так как преобразователь напряжения в ток реализован на транзисторах 7 и 8, включенных по схеме с общей базой, обладающих наилучшими по сравнению с другими схемами включения транзисторов частотными свойствами Поэтому вносимый ими дополнительный фазовый сдвиг в диапазоне частот от нуля до частоты включения высокочастотного канала усиления незначительный

После включения высокочастотного канала усиления на более высоких частотах запас устойчивости по фазе всей схемы всецело определяется параметрами параллельного канала и, следовательно, совершенно не зависит от неизбежно увеличенных на этих частотах фазовых сдвигов ОУ 5 и преобразователя напряжения в ток.

Каскад на транзисторах 16 и 17 позволяет существенно снизить требования к повторителю напряжения высокочастотного канала усиления В этом случае не требуется добиваться низкого выходного сопротивления повторителя напряжения вследствие исключения эффекта Миллера и отсутствия необходимости перезаряда паразитной емкости коллектор - база Скб транзисторов 15 и 18. Это позволяет в качестве повторителя напряжения использовать простейший ис- токовый повторитель напряжения на МДП- транзисторе 1, а в результате некоторого увеличения выходного сопротивления исто- кового повторителя - максимально расширить его диапазон рабочих частот (путем увеличения сопротивления резистора 2). Каскад позволяет не только снизить требования к повторителю напряжения высокочастотного канала усиления,но и упростить изготовление предлагаемого широкополосного усилителя в виде гибридной схемы.

Выполнение предвыходного двухтактного каскада по каскадной схеме имеет и свои недостатки. Связаны они с расщеплением полюсов усилительного каскада на транзисторах 15 и 18 (схема с общим эмиттером) и выходного двухтактного эмиттер- ного повторителя на транзисторах 30 и 33 (схема с общим коллектором). Появление в этом случае в амплитудно-частотной характеристике дополнительного, . хотя и высокочастотного полюса ограничивает

во -тюжность существенного увеличения частоты среза fcp. Кроме того, при этом прин- ципиально невозможно получить сверхвысокую скорость нарастания выход- ного напряжения Умакс, определяемую как

Умакс IO/(C25 + Сп) .

где lo - ток покоя транзисторов 15 и 18;

С25 - емкость корректирующего конденсатора 25, с помощью которого задается требуемая частота полюса выходного двухтактного эмиттерного повторителя;

Сп - паразитная емкость в точке под ключения корректирующего конденсатора 25, величина которой определяется значениями емкостей Скб диодов 23 и 24, выполняемых в интегральном исполнении обычно на транзисторах в диодном включении

Однако несмотря на отмеченные недостатки в предлагаемом широкополосном усилителе сравнительно легко может быть обеспечена Умакс 80 - 100 В/мкс

и fCp - 20-30 МГц, что в большинстве случаев применения является вполне приемлемым.

Основным же достоинством широкополосного усилителя является возможность

изменения в довольно широких пределах формы амплитудно-частотной характеристики, что позволяет достигать очень малых частотных искажений.

35

Формула изобретения

Широкополосный усилитель, содержащий высокочастотный и низкочастотный каналы усиления, входы которых соединены и

являются входом широкополосного усилителя, а также последовательно соединенные предвыходной двухтактный каскад и выходной двухтактный эмиттерный повторитель, при этом высокочастотный канал

усиления выполнен на повторителе напряжения, выход которого через первый разделительный конденсатор соединен с входом одного плеча, а через второй разделительный конденсатор - с входом другого плеча

предвыходного двухтактного каскада, выполненного в каждом плече на транзисторах, включенных по схеме общий эмиттер - общая база, причем база транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером

является входом для подключения соответствующего выхода высокочастотного канала усиления, а эмиттер - входом для подключения соответствующего выхода низкочастотного канала усиления и через резистор

соединен с соответствующей шиной источника питания, параллельно источнику питания включен резистивный делитель напряжения с двумя отводами, соединенными с базами соответствующих транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером, коллекторы транзисторов, включенных по схеме с общей базой, являются соответствующими выходами предвыходного двухтактного каскада и соединены между собой через диодную цепь смещения, отвод которой подключен к первой обкладке корректирующего конденсатора, при этом низкочастотный канал усиления выполнен на операционном усилителе в инвертирующем включении, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - с входом преобразователя напряжения в ток, два выхода которого являются соответствующими выходами низкочастотного канала усиления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения

частотных погрешностей при сохранении высокой скорости нарастания, введены резистор, включенный параллельно корректирующему конденсатору, вторая обкладка

которого подключена к общей шине, фильтр нижних частот, вход которого является входом низкочастотного канала усиления, выход соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, в предвыходном

двухтактном каскаде между эмиттерами транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером и общей шиной введены соответствующие конденсаторы, при этом преобразователь напряжения в ток выполнен на

резисторе и двух транзисторах, включенных по схеме с общей базой, имеющих разную структуру, коллекторы которых являются соответствующими выходами преобразователя напряжения в ток, эмиттеры соединены

и подключены к одному выводу резистора, другой вывод которого является входом преобразователя напряжения в ток.

Изобретение относится к измерительной и усилительной технике. Цель изобретения - уменьшение частотных погрешностей при сохранении высокой скорости нарастания. Широкополосный усилитель содержит ВЧ и НЧ-каналы усиления, предвыходной двухтактный каскад и выходной двухтактный эмиттерный повторитель. ВЧ-канал усиления на повторителе напряжения выполнен на МДП-транзисторе 1, резисторе 2 и разделительных конденсаторах 3 и 4. НЧ-канал усиления содержит операционный усилитель 5 в инвертирующем включении, преобразователь напряжения в ток, выполненный на резисторах 6, 11 и 12, транзисторах 7 и 8 и диодах 9 и 10, а также фильтр нижних частот на резисторе 13 и конденсаторе 14. Предвыходной двухтактный каскад содержит транзисторы 15 - 18, резисторы 19 и 20, конденсаторы 21 и 22, диодную цепь смещения на диодах 23 и 24, корректирующем конденсаторе 25 и резисторе 26, а также резистивный делитель напряжения на резисторах 27 - 29. Выходной двухтактный эмиттерный повторитель содержит транзисторы 30 - 33 и резисторы 34 и 35. Входной аналоговый сигнал поступает одновременно на ВЧ-и НЧ-каналы усиления, и далее через предвыходной двухтактный каскад и выходной двухтактный эмиттерный повторитель со схемой защиты от короткого замыкания передается в нагрузку. Передаточная ф-ция такого широкополосного усилителя находится как сумма передаточных ф-ций ВЧ-и НЧ-каналов усиления. Возможность изменения в широких пределах формы амплитудно-частотной х-ки позволяет достигать малых частотных искажений. 1 ил.