Двухтактный усилитель Советский патент 1990 года по МПК H03F3/26 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве выходного усилителя большой мощности в операцмонных усилителях и высоколинейных усилителях звуковых сигналов,

Цель изобретения - повышение линейности характеристики коэфф /щиента передачи при сохранении стабильности начального режима.

На чертеже представлена принципи- альная электрическая схема двухтактного усилителя.

Двухтактный усилитель содержит N каскадов 1 усиления,резистор 2, токостабили- затор 3, первый и второй датчики 4 и 5 тока, р-п-р-транзистор 6, п-р-п-транзистор 7, первый и второй прямосмещенн1 е диоды 8 и 9. токозадающий элемент 1C, повторитэло 11 тока, инвертор 12 приращен ;ля тока, дмод- ную цепь 13 смещения, дополнительные п- р-п- и р-п-р-транзисторы 14 и 15, положительную и отрицательную шины 16 и 17 источника питания.

Двухтактный усилитель работает следующим образом. .

Допустим, что диоды диодной цепи 13 смещения и транзисторы 14 и 15 взаимно согласованы и имеют равные геометрические размеры. Также согласованы и одинаковы по размерам диод & и транзистор 6, диод 9 и транзисторы 3 и 7, а транзистор инвертора 12 приращения тока согласован, с транзисторами 3 и 7, но имеет в 1,5 раза большую площадь эмиттера. Тогда, пренебрегая входны /1и токами каскадов 1 усиле- ния, при отсутствии сигнала можно записать

,15;

где 1о - коллекторный ток транзистора токо- стабилизатора 3, равный току через токрза- дающий элемент 10;

. UBX - напряжение между входямм первого из N каскадов 1 усиления в режиме покоя;

R - сопротивление резистора 2 смещения;

Ik 14,15- коллекторный ток транзисторов 14 и 15.

Очевидно, что коллекторный ток тран- зисторов 14 и 15 равен току через диодную цепь 13 смещения и определяется кзк

Ik 14,15 1,51о- Ikjr,

где 1,51о начальный коллекторный ток транзистора инвертора 12 приращения тока с учетом его геометрических размеров;

Iksr сумма выходных токов транзистора б и повторителя 11 тока.

Поскольку выходной ток повторителя 11 тока равен коллекторному току транзистора 7, то

ik 11,15 1,5io - Ik6 - ik7.(2)

Если резисторы датчиков 4 и 5 тока имеют одинаковое сопротивление г, то

.Ur q

1кб - 1к7 - 1о 6 (3)

где Ur in г (In - ток покоя),

Объединя;- соотношения fl), (2) и (3), получимI .

io + 1,51о 21о е Г

откуда

, ,t 1о

qr 0:5ГГ 1о + UBX

Полученное соотно11.1Эг;ие позволяет определить величину тока покоя двухтактного усилителя по лзвестиыг. п,эра 1етрам схемы (г, R и io) на этапе проектирования без экс- перим.ентальной проверки и настройки. Точность такого рзсме р ограничивается, в основном, разбросок величины UBX. Однако такой разброс невелик (например, для кремниевых транзистороз при обычных токах смещения Unx 0,6 - 0,7 В), кроме того, от UBX вели ина тока покоя зависит слабо. Так, если разброс Uux заключен в пределах 0,5 - 0,7 В, сшибка априорного определения in составляет всего 22%, При одновременном изменении температуры всех транзисторов N каскадов 1 усиления на 100°С ток покоя также приблизительно на 20%. Следователь: о. предлагаемый двухтактный .литель является достаточно стабильным устройством, Дополчитель,ное улучшение стабильности мохет 6i,iTL обеспечено при отрицательном температурном коэффициенте сопротивления резисторов 2 и 10.

При усилении сигна. токи в цепях стабилизации режима двухтактного усилителя в общем случае являются переменными. Однако существен но изменяются лишь коллекторные токи транзисторов 6 и 7, Сумма этих токов, образуюидаяся за счет соединения выхода повторителя 11 тока с коллектором транзистора 6, со,цержит, в основном, только постоянную составляющую, поскольку при уненьшени /: коллекторного тока транзистора 6 обязательно возрастает коллекторный ток транзистора 7 и наоборот. Кроме того, суммарный ток содержит также периодическую составляющую удвоенной частоты по отношению к усиливаемому сигналу, амплитуда .«соторой не превышает нескольких процентов от уровня постоянной составляющей. Несмотря на относительно малую

амплитуду, попадание этой составляющей на вход двухтактного усилителя привело бы к недопустимому ухудшению линейности усилителя, так как существенно возрос бы уровень второй и более высоких гармоник в выходном сигнале, Чтобы исключить ухудшение линейности двухтактного усилителя без использования частотнозависимых цепей, для реализации которых необходимы конденсаторы большой емкости, неприемлемые при интегральной технологии, ток обратной связи по режиму начального смещения с выхода инвертора 12 приращения тока поступает через диодную цепь 13 смещения не на вход двухтактного усилителя, а на выход любого из N каскадов 1 усиления. В таком случае периодическая составляющая тока цепей стабилизации режима приводится к входу двухтактного усилителя после деления на коэффициент усиления тока от входа усилителя до выхода того каскада усиления, к выходу которого подключена диодная цепь 13 смещения. В показанном на чертеже включении периодическая составляющая тока, поступающая по цепям стабилизации режима, подавляется примерно на два порядка, что делает ее вклад в результирующую нел нейность достаточно малым. Дальнейшее уменьшение влияния синфазной составляющей сигнала стабилизации тока покоя на линейность двухтактного усилителя обеспечивается за счет применяемого последовательного включения транзисторов 14 и 15. В результате обнаружить ухудшен ле линейности двухтактного усилителя при ввздении цепей стабилизации тока покоя предлагаемой структуры практически невозможно.

Расширение динамического диапазона в двухтактном усилителе возможно при шунтировании резисторов датч1/ ков 4 и 5 тока прямосмещенными диодами, э также при выполнении предвыходного из N каскадов 1 усиления на транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером.

Кроме показанного на чертеже варианта инвертора 12 приращения тока, возможны другие его варианты. Например, можно увеличить напряжение смещения на базе транзистора инвертора 12 приращения тока, а в его эмиттерную цепь включить резистор, при этом коллектор транзистора 6 и выход повторителя 11 тока соединяют с эмиттером транзистора инвертора 12 приращения тока. Возможно каскадное включение двух транзисторов, при этом входом инвертора 12 приращения тока является эмиттер верхнего по схеме транзистора. Такие варианты включения позволяют получить более высокую линейность л вухтактного усилителя на высоких частотах по сравнению с ус::лителем, изображенным на чертеже. По остальным характеристикам упомянутые варианты одинаковы.

5Усилитель остается работоспособным

при отсутствии резистора 2, при этом возрастает стабильность тока покоя, но ухудшается линейность на высоких частотах. Формула изобретения 101. Двухтактный усилитель, содержащий

последовательно соединенные N каскадов усиления, выполненных по двухтактной схеме, причем первый и второй вхо/ i первого из N каскадов усиления являютия входами, 15 а выход N-ro каскада усиления - выходом двухтактного усилителя, при этом выводы питания N-ro каскада усиления через первый и второй датчики тока соединены соответственно с положительной и отрицательной ши- 20 нами источника питания и непосредственно с эмиттерами соответственно р-п-р- и п-р-п- трзнз / сторов, базы которых через первый и второй прямосмещенные диоды подключены соответственно к положительной и отрица- 25 тельной шинам источника питания, а между собой соединены через токозадающий элемент, отличающийся тем, что, с целью. повышения линейности характеристики коэффициента передачи при сохранении ста- 30 бильности начального режима, введены повтооительтока, общий вывод которого соединен с положительной шиной источника питания, инвертор приращения тока, общий йь;зод которого собдинен с отрицательной 35 ш- -;ой источника питания, токостабилиза- тор. зхлюченный между вторым входом первого 113 N каскадов усиления и отрицательной шиной источника питания, а также дополнительные п-р-п- и р-п-р-транзисторы, эмиттеры 0 которых соединены, коллекторы подключены соотзетственно к первому и второму входам перЕюго из N каскадов усиления, а базы соединены через введенную диодную цепь сме- щбг ия. причем база дополнительного 5 п-р-п-трзнзистора соединена с выходом одного з N каскадов усиления, база дополнительного р-п-р-транзистора подключена к выходу инвертора приращения токз, вход которого соединен с коллектором р-п-р- 0 транзистора и выходом повторителя тока, к входу которого подключен коллектор п-р-п- транзистора.

2. Усилитель по п.1. о т л и ч а ю щ и й- с я тем. что инвертор приращения тока 5 выполнен на п-р-п-транзисторе, включенном лс схеме с общей базой, при этом входом иизертора приращения тока является од,-н из зыводов промежутка эмиттер - кол- лектоо этого транзистора, а выходом - его , коллектор.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение линейности характеристики коэффициента передачи при сохранении стабильности начального режима. Двухтактный усилитель содержит N каскадов 1 усиления, резистор 2, токостабилизатор 3, датчики 4 и 5 тока, P-N-P-транзисторы /Т/ 6 и 15, N-P-N-T 7 и 14, прямосмещенные диоды 8 и 9, токозадающий элемент 10, повторитель 11 тока, инвертор 12 приращения тока, диодную цепь 13 смещения и положительную 16 и отрицательную 17 шины источника питания. В данном усилителе ток обратной связи по режиму начального смещения с инвертора 12 поступает через цепь 13 не на вход усилителя, а на выход любого из N каскадов 1 усиления. В этом случае периодическая составляющая тока цепей стабилизации режима приводится к входу усилителя после деления на коэффициент усиления тока от входа усилителя до выхода того каскада 1, к выходу которого подключена цепь 13. При таком включении периодическая составляющая тока, поступающая по цепям стабилизации режима, подавляется на два порядка, что повышает линейность характеристики. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.