Высоковольтный усилитель Советский патент 1990 года по МПК H03F3/42 

Sn

15п

1п

(Л

с

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - расширение динамического диапазона с возможностью изготовления высоковольтного усилителя в интегральном исполнении без навесных элементов. Устройство содержит N усилительных каскадов 1, каждый из которых выполнен на транзисторах 2 - 6, первый, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, резистивный делитель 12, источник 13 питания и источник 14 входного сигнала. Равномерное распределение напряжения между последовательно включенными транзисторами 2 - 6 высоковольтного усилителя задается с помощью резистивного делителя 12 напряжения. Коэффициент передачи, а следовательно и динамический диапазон данного усилителя в области низких частот не зависит от рабочей частоты вплоть до постоянного тока. Для повышения надежности высоковольтного усилителя в каждый каскад 1 может быть включен пятый резистор. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

172

СП

00

41

на транзисторах 2--6, перг5Ый, пторой, третий, четвертый и пятый резисторы, резистивный делител, 12, источник 13 Питания и источник 14 входного сигнала. Равномерное распределение ипп-- ряжения между последовательно включенными транзисторами 2-6 высоковольтного усилителя задается с помощью резисти1и1ого делителя 12 напИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в пы- оковольтных усилителях, регуляторах

стабилизаторах напряжения. I Цель изобретения - расширение ;|1инамического диапазона с нозмож- Йостью изготовления высоковольтного усилителя в интегральном исполнении без навес}и 1х элементов. : На фиг.1 приведена принципиальная Схема ВЫСОКОПОЛ15ТНОГО усилителя; на фиг. 2 и 3 - варианты выпо.чнения от- йельных элементов В,1соковольт}1ого усилителя.

I Высоковольтный усилитель содерхсит iji усилительных каскадов 1, каждый ич 1|:оторых выполнен, на первом, втором, -ретьем, четвертом и пятом транзис- fopax 2-6, первр.1й, второй, третий, етвертый и пятыГг резисторы 7-М, ре- йистивный делитель 12, источник 13 Питания и ист(5чни1с 14 пходног о сиг-нала.

Высоковольтный ус-и.тп1тель работает следующим об11азом.

При подаче входного с:игиала 1 от источника 14 ток через первый резистор 7 будет иметь значение

Убх-и бэ-г ,J UB j -

RI

R

R.

где и g., - падешге напряжения на переходе база-эммитер пто-- рого тразистора 3; R -J - сопрс тивление первого

резистора 7.

С другой стороны этот ток является суммой токов второго I и четвертого I тразистор(1в 3 и 5 первого усили-- тельного каска.па 1 1 :

1,. +Т

С целью упрощения дальнейших выкладок примем статические коэффициенты

ряжения. Коэффициент передачи, а следовательно, и динамический диапазон данного усилите1 я в области низ- ких частот не зависят от рабочей частоты вплоть до постоянного тока. Дття повьшения 1шде;:{н-ости В1,1соковсшьтного усилителя в каждый каскад 1 может быть включен пятый резистор. 2 з,п. Ф -лы, 3 ил.

усиления применяемых трлпчисторов одинаковыми и равными /5. С учетом этого токи ВТОР01Ч) и четвертого транзисторов всех каскадов будут соответственно равны токам второго и четвертого тразисторов первого каскада. Из принципиальной схемы (фиг.1) видно, что токи первого 2.1-2.П и третьего 4.1-4.П транзисторов равны и определяются так:

Р R.-b,).

Равномерное распределение напряжения между последовательно включенными транзисторами высоковольтного усилителя задается с помощью резис- тивного 12 напрякения, при этом ток делителя (пренебрегая токами, ответвляющимися с базы четвертого и пятого транзисторов каждого каскада) будет равен

I

и BUX

дел - R

дел

где Кд5д- суммарное сопротивление резисторов делителя 12. Можно показать, что коэффициент передачи высоковольтного усилителя будет равен

5

.

5

dUi du

К -iiiiJi i.

R

BX 7

где К - коэфф1И1иент передачи резис- тивного делителя 12 по второму выходу, соед И1енному с базой пятого транзистора б.п п-го усилительного каскада .1.п, R 3 - сопротивление третьего резистора 9.

Полученное выракение показывает, что коэффгщиент передачи, а следовательно, и динам1 ческий диапазон дан- ного усилителя по сравнению с известным в области сравнительно низких

15876

частот не зависит от рабочей частоты вплоть до постоянного тока.

Кроме того, в предлагаемом высоковольтном усилителе с отрицательным напряжением источника 13 питания ре- зистивный делитель 12 задает смещение и входной ток для.транзисторов типа п-р-п, которые по своим параметрам превосходят р-п-р транзисторы, ,о используемые .при создании высоковольтных схем с отрицательным напряженггем литания, применяя известные технические решения. При этом предлагаемый высоковольтньй усилитель будет иметь is значительно больший динамический диапазон .

Так как п-р-п транзисторы, входящие в состав предлагаемого высоковольтного усилителя, развязывают от 20 резистивного делителя 12 р-п-р транзисторы, в качестве последних можно использовать наиболее технологичные полупроводниковые структуры , не предъявляя к ним жестких требований 25 по статическому коэффициенту усиления и обратному току, что позволяет реализовать высоковольтные устройства по предлагаемой структуре в интегральном исполне1Н1и. .,

Указанные преимущества расширяют функциональные возмогшости высоковольтного усилителя. Так расширение динамического диапазона в области низких ча-стот вплоть до постоянного тока позволяет использовать данную структуру в качестве регулирующего элемента в высоковольтных стабилизаторах постоянного напряжения, в высоковольтных усилителях постоянного .л тока и т.п. Кроме того, преимущест- венное использоватше в высоковольтном усилителе с отрицательным напряжением питания транзисторов типа п-р-п позволяет изготовить соответствующие высоковольтные устройства в нтегральном исполнении.

Расширить динамический диапазон ысоковольтного усилителя можно, ключив четвертый резистор 10 (фиг.2)- го усилителе по фиг.1 с уменьшением ыходного напряжения будет падать и ок пятого тггпг-.истора 6 п-го каскаа, а этот ток задает ток коллекто- а первого транзистора 2 п-го каскаа, снижение которого приводит к ог- аничению выходного напряжения на ектором уровне, что эквивалентно нижению динамического диапазона.

т м ги вы те пр но

Ф

де ны ны то уси пер стр тра тра ра

о s

196

При вьтолнении усилителя по фиг.2 в схеме возникает положительная обратная связь, препятствующая снижению Ifc при уменьшении UB,,,.: ток коллектора первого транзистора п-го каскада 1,, протекая по введеному четвертому резистору, создает на базе пятого транзистора п-го каскада смещения, компенсирующее падение тока эмиттера этого транзистора за счет уменьшения и„ ,«

пВр -г

Для повышения надежности высоковольтного усилителя в кавдый каскад может быть включен пятый резистор 11 (фиг.З).

Введение пятого резистора 11 позволяет задать некоторый ток через четвертый транзистор 5 даже при закртых транзисторах 2.1-2.П и 4.1-4.п. При этом удается обеспечить более равномерное распределение напряжения вдоль последовательно включенных тразисторов и повысить тем самым надежность их работы в усилителе.

Таким образом, технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в расширении динамического диапазона в области низких частот вплоть до постоянного тока что позволяет использовать предлагаемую структуру для построения высоко- вольтных усилителей постоянного тока а также в качестве регулирующего элемента в стабилизаторах постоянного тока и т.п. Кроме того, отсутствие разделительных конденсаторов и возможность использованрш в качестве р-п-р транзисторов наиболее технологичных структур позволяет реализовать высоковольтные устройства с отрица- тельным напряжением питания на основе предлагаемой структуры в интегральном исполнеггии.

Формула

изобретения

является входом устройства, а его эмиттер через первый резистор соединен с общей шиной, коллектор ггервог tpaH3HCTopa П го усилительного каскада с первмм выводом второго резистора, который является йыходом устройства, второй вывод, i Toporo резистора соединен с источ- питания, коллектор первого транзистора i-ro усилительного каскада соединен с базой второго транзистора (i+1)-ro усилительного кас- к:ада, причем ,2 , . . (п-1) , о т. - х: и ч а ю щ и и с я тем-, что, с цель Г-асширения динамического диапазона, веден резистивный делитель с 2ri Отводами, включе1И1Ы11 мехут.у коллектором первого транзистора п-го усили- 1 ельного каскада и обцей шиной, а в 1 аждый из усилительных каскадов вве- Дены третий, четвертый и пятый тран- :|исторы другой структуры, причем фмнттер, база и коллектор третьего Транзистора соеди} ены с эмиттером первого, эмиттером четвертого и ба- $ой второго транзисторов того же . усилительного каскада соответствен-- о, коллектор 1 второго и пятого трапю 4 в У

0

5

0

5

зисторов в каждом усилительном каскаде объединены,а коллектор четвертого транзистора в каждом усилительном каскаде.соединен с эмиттером второго транзистора,-эмиттер пятого транзистора i-ro усилительного каскада соеди.нен с эмиттером второго транзистора (i+1)-ro усилительного каскада, а эмиттер пятого транзистора п-го усилительного каскада через дополнительно введенный третий резистор соеди}1ен с первым выводом второго резистора, базы четвертых и пятых транзисторов всех усилительных каскадов подключены к соответствующим отводам резистивного делителя

3.Усилитель по п.1, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьппения надежности, в каждом усилительном каскаде между базами первого и третьего транзисторов введен пятый резистор.