Усилитель мощности Советский патент 1991 года по МПК H03F3/26 

Изобретение относится к радиотехнике, и может быть применено в интегральных схемах усилителей мощности для миниатюрных аппаратов звуковоспроизведения с низковольтными од- нополярными источниками питания при работе на микрофон.

Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений при низковольтном однополярном питании.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

Предложенный усилитель MODIHOCTH содержит первый и второй транзисторы 1, 2 двухтактного оконечного каскада, третий и четвертый транзисторы 3, 4 первого дифференциального каскада, пятый и шестой транзисторы 5, 6 второго дифференциального каскада, седьмой и восьмой транзисторы 7,

8 первого предоконечного каскада, девятый и десятый транзисторы 9, 10 второго предоконечного каскада, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый транзисторы 11, 12, 13 и резистор 14 источника опорного напряжения.

Предложенный усилитель мощности работает следующим образом.

Седьмой и восьмой транзисторы 7, 8, а также девятый и десятый транзисторы 9, 10 создают предусилитель- ный мост с высокоомным выходом, обладающий большим коэффициентом уси- по напряжению относительно входного сигнала, поскольку восьмой и десятый транзисторы 8, 10 служат динамическими нагрузками для седьмого и девятого транзисторов 7, 9, включенных по схеме с общим эмит- тером. Усиленные сигналы на выходах плеч моста синфазны и дополнительно усиливаются по мощности первым и втрым транзисторами 1, 2 оконечного двухтактного каскада. Рабочий режим по току восьмого и десятого транзисторов 8, 10 задается опорным напряжением источника опорного напряжения с одиннадцатого транзистора 11, выполняющего совместно с восьмым и де- сятым транзисторами 8, 10 функцию разветвленного отражателя тока. При этом значение тока задается резистором 14. Нагрузками плеч предусили- тельного моста служат базоэмиттерные

переходы первого и второго транзисторов 1, 20 Эти нагрузки вносят в мост разбалансирующий эффект по постоянному току, т.е. для поддержания в статическом режиме равенств I- I., I,0 Ц необходимо, чтобы имели место тококомпенсационные равенства

ls i2 + i,, 1Ф i + it

Поскольку на базы четвертого и пя- того транзисторов 4, 5 подаются опорные напряжения с источника опорного напряжения, то поддержание равенств (1) осуществляется двумя петлями глубокой местной отрицательной обрат- ной связи через контуры включенных по схеме ОЭ-ОБ третьего, пятого 3, 5 и четвертого, шестого 4, 6 транзисторов. При этом статический режим будет достигнут в том случае, когда меж ду частными равенствами (1) установится взаимное соответствие I 15. Первый дифференциальный каскад управляется входным напряжением

-

uwt- и з

Чг

(2)

второй дифференциальный каскад управляется входным напряжением

в.

БЭ6- UW

UB,, U

Ц т1п-Ц- ml.

(3)

где if KT/q - температурный потенциал J

I. - примерно равные эмиттер- ные токи одиннадцатого и тринадцатого транзисторов

и, 13;

m - коэффициент, учитынаюгций необходимое конструктивное увеличение инжектирующей поверхности эмиттеров первого и второго транзисторов 1, 2 относительно остальных транзисторов устройства

(указанное увеличение достигается

топологическим решением при интег

рэльной реализации).

С другой стороны, между токами 15,

ТS и 13, 14 существуют известные

соотношения

-| exp(-52/qy),

6

ехр(-ЗДт).

(4)

40

из которых после подстановки (2) и (3) следуют уравнения режимных соответствий:

1 5

(5)

I т 1 Таким образом, ток 1у, поддерживающий усилительный режим работы второго транзистора 2, оказывается пропорциональным току I первого транзистора 1. Аналогичное соответствие существует для тока 1 и в отношении рабочего режима второго транзистора 2. Вследствие этого устройство в статическом режиме самог устанавливается в состояние баланса,

когда токи покоя т.е. I| Т

попарно равны,

венно, включенных по схеме ОБ, и

Ч

Ч

L6

I4 1у.

В

этом случае выходное напряжение практически точно соответствует половине напряжения источника питания. Особенности функционирования усилителя мощности при появлении полезного сигнала рассмотрим на примере положительного приращения на- JQ пряжения на входе относительно уровня покоя. Это приращение усиливается седьмым и девятым транзисторами 7 и 9 и вызывает уменьшение напряжения на базах второго, третьего и перво- 15 го, шестого транзисторов 2, 3 и 1, 6. В результате разбалансируетск статический режим как в оконечном каскаде (первый транзистор 1 свои ток 1( увеличивает, второй транзистор 20 2 ток 1г уменьшает), так н п дифференциальных каскадах (в первом ток Ig уменьшается, ток 14 увеличивается, а во втором ток I. увеличивавICH, ток I, уменьшается). Тогда, согласно 25 выражениям (5), коэффициент пропорциональности между токами 1 и Т { возрастает, а коэффициент пропорциональности между токами I и 1« умоньпри этом возможность самовозбуждения за счет него гасится глубокой отрицательной обратной связью двух сопряженных контуров (транзисторы 3, 5 и 4, 6). Действие отрицательного приращения сигнала на входе приведет к противоположному изменению токов и напряжений в устройстве, благодаря чему реализуется, как следует из рассмотренного, режим класса AR для первого и второго транзисторов 1, 2 двухтактного оконечного каскада.

Полезный ффект состоит в том, что усипитель мощности имеет в любом своем плече не более двух транзисторов, включенных последовательно, чтг позволяет заданием опорного тока 10 (резистором 14) применить его для низковольтного питания, в том числе при пониженных напряжениях база - тмиттер ь при предельно сниженных (до 0,1 И) напряжениях база - коллектор, когда рабочий режим первого и второго транзисторов 1, 2 двухтактного оконечного каскада обеспечивается следящей подпиткой (или токоотборп -; со стороны четвершается, т.е. работа отпирающегося пер-30 того и пятого iранзисторов 4 и 5 обо

16352506

венно, включенных по схеме ОБ, и

JQ15 20 , 25 при этом возможность самовозбуждения за счет него гасится глубокой отрицательной обратной связью двух сопряженных контуров (транзисторы 3, 5 и 4, 6). Действие отрицательного приращения сигнала на входе приведет к противоположному изменению токов и напряжений в устройстве, благодаря чему реализуется, как следует из рассмотренного, режим класса AR для первого и второго транзисторов 1, 2 двухтактного оконечного каскада.

Полезный ффект состоит в том, что усипитель мощности имеет в любом своем плече не более двух транзисторов, включенных последовательно, чтг позволяет заданием опорного тока 10 (резистором 14) применить его для низковольтного питания, в том числе при пониженных напряжениях база - тмиттер ь при предельно сниженных (до 0,1 И) напряжениях база - коллектор, когда рабочий режим первого и второго транзисторов 1, 2 двухтактного оконечного каскада обеспечивается следящей подпиткой (или токоотборп -; со стороны четвер

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - уменьшение нелинеиных искажений при низковольтном олнополярном питании. Усилитель мощности содержит двухтактный оконечный каскад на комплементарных транзисторах 1 и 2, каждый из которых включен по схеме с общим эмиттером, первый и второй дифференциальные каскады, первый и второй предоконечные каскады с динамическими нагрузками и источник опорного напряжения с AHVMH выходами. На ба- ш четвертого и пятого транзисторен 4 и 5 первого и второго дифференты пьных ьлскадов подаются опорные напряжения г источника опорного напряжения. В результате первый и второй дифференциальные каскады образуют пве петли глубокой местной от - рииагечьнон обратной свячи, устанавливающие в ыимное соответствие ре- жимных т окон. Ус.гштель в статическом режиме самоустсравнивается в состояние гмллнса, когда токи по- кон попарно равны. При чтом выходное напряжение практически точно соответствует половине напряжения источника питания, и peaпизуется режим класса ,АВ для транзисторов двухтактного оконечного каскада. Усилитель мощности имеет в любом споем плече не более двух транзисторов, включенных последовательно, что позволяет заданием опорного тока применять его при низковольтном источнике питания. 1 ил. « (Л

вого транзистора 1 на реактивную нагрузку сопровождается следящим т око- отбором в четвертый транзистор 4, а работа запирающегося второго ран- зистора 2 сопровождается уменьшением токоподпитки от пятого транзистора 5. Роль соединения коллектора третьего транзистора 3 с эмиттером пятого транзистора 5 и, соответственно коллектора шестого транзистора 6 с эмиттером третьего транзистора 3 состоит в том, что при описанном действии полезного сигнала увеличение тока 1 и уменьшение тока Ij выпоп- няет функцию противофазного регулирования коэффициентов усиления обоих дифференциальных каскадов, что позволяет ослабить взаимосвязь токов I 4 и Ig, и усилить взаимосвязь токов 1 и 1( согласно (5), т.е. нарушить автоматический баланс токов статического режима. Возникающий контур местной положительной обратной связи (транзисторы 3 и 6) обладает небольшим усилением, т.к. эмиттерные резисторы дифференциальных каскадов шунтированы низким выходным сопротивлением четвертого и пятого транзисторов 4 и 5 соответст

их дифференциальных каскадов. Таким образом, по сравнению с прототипом достигается снижение уровня нелинейных искажений при низковольтном од- нополярном питании.

Формула изобретения

Усилитель мощности, содержащий

двухтактный оконечный каскад, выполненный на включенных по схеме с общим эмнттгром первом транзисторе первого типа и втором транзисторе второго типа, первый дифференциальный каскад, выполненный на третьем и четвертом транзисторах второго типа, второй дифференциальный каскад, выполненный на пятом и шестом транзисторах первого типа, первый

предоконечный каскад, выполненный на включенном по схеме с общим эмиттером седьмом транзисторе второго типа и динамической нагрузке на восьмом транзисторе первого типа ,при этом

точка соединения коллекторов седьмого и восьмого транзисторов подключена к базе третьего транзистора, база седьмого транзистора является входом устройства, точка соединения коллекторов первого и второго транзисторов является выходом устройства, отличающийся тем; что, с целью уменьшения нелинейных искажений при низковольтном однополярном питании, введены второй предоконечный каскад, выполненный на включенном по схеме с общим эмиттером левятом транзисторе второго типа и динамической нагруэке на десятом транзисторе первого типа, источник опорного напряжения, выполненный на одиннадцатом и двенадцатом транзисторах первого типа, на тринадцатом транзисторе второго типа и резисторе, при этом базы пятого, восьмого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого транзисторов объединены и подключены к коллектору одиннадцатого транзистора, эмиттеры одиннадцатого и двенадцатого транзисторов объединены и подключены к шине источника питания,

ЧГ5Гя Л

Редактор М.Ииткина

Составитель В.Серов Техрел Л.Сердюкова

Заказ 760

Тираж 464

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

коллектор одиннадцатого транзистора через резистор соединен с общей шиной и с эмиттером тринадцатого транзистора, база и коллектор которого объединены и подключены к объединенным коллектору двенадцатого транзистора и базе четвертого транзистора, коллектор пятого транзистора соединен с коллектором седьмого транзистора и с базой третьего транзистора, коллектор третьего транзистора подключен к точке соединения эмиттеров пятого и шестого транзисторов, база

седьмого транзистора соединена с базой девятого транзистора, коллектор которого подключен к объединенным базе первого транзистора коллектору четвертого транзистора и

0 базе шестого транзистора, коллектор которого подключен к точке соединения эмиттеров третьего и четвертого транзист оров.

Корректор Л.Патай

Подписное