Усилитель Советский патент 1992 года по МПК H03F3/45 

фие.1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве входного каскада в двухтактных и операционных усилителях.

Цель изобретения - уменьшение вход- ных токов смещения.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема усилителя в качестве входного каскада двухтактного усилителя; на фиг.2 - принципиальная элек- трическая схема усилителя в качестве входного каскада операционного.усилителя.

Усилитель (фиг. 1) содержит первый, второй, третий, четвертый транзисторы 1-4, первый, второй резисторы 5,6, пятый, ше- стой транзисторы 7,8, третий, четвертый резисторы 9,10, седьмой, восьмой транзисторы 11,12, цепь 13 смещения, первый, второй диоды 14, 15, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый транзисторы 16-19, повторитель 20 тока, преобразователь 21 тока, выполненный на тринадцатом, четырнадцатом транзисторах 22,23, а также токозадающий элемент 24, дополнительный повторитель 25 тока,

Усилитель по фиг.2 дополнительно содержит транзистор 26 и малосигнальный канал 27 усиления.

Усилитель работает следующим образом.

Транзисторы 2, 12 его инвертирующего плеча охвачены обратной отрицательной связью через преобразователь 21 тока по цепи: коллектор транзистора 2, вход преобразователя 21 тока, Змиттер транзистора 18, диодная цепь 13 смещения, база транзистора 12. Аналогично, но через повторитель 20 тока обратной связью охвачены транзисторы 4, 8. Наличие этих цепей обратной связи не только позволяет обеспечить ус- тойчивость усилителя по начальному режиму без резисторов, которые для этой цепи используются в прототипе, но и дает возможность значительно уменьшить входные токи смещения усилителя.

Обозначим статические коэффициенты усиления тока транзисторов типа n-p-h Bn, а транзисторов типа р-п-р - Вр. Будем считать, что все транзисторы одного типа хорошо согласованы по коэффициентам усиления TOKav которые и у p-n-р, и у п-р-п транзисторов существенно больше единицы. Тогда токами баз всех транзисторов можно пренебречь, т.е. можно считать их равными нулю. В таком случае в режиме покоя коллекторные токи транзисторов 18, 19 должны быть строго одинаковыми, т.е. lie 119. Очевидно, что коллекторный ток транзистора 19 равен току, поступающему на вход повторителя 20 тока, т.е. коллекторному току транзистора 4 (he Нэ 14). Определим ток, который должен поступать на вход преобразователя 21 тока, чтобы выполнялось равенство lie Ii9. Этот ток

118

равен 1Вх -5- Bn, где Вр и Вп - коэффи- вр

циенты усиления тока транзисторов 22 и 23 соответственно. Поскольку на вход преобразователя 21 тока поступает коллекторный ток транзистора 2, следовательно 1Вх - 2. Поэтому коллекторные токи транзисторов

2 и 4.будут равны соответственно Вп

и lie.

Вр

Теперь определим базовые токи этих транзисторов. Они равны соответственно

1214

-к- и ,откуда.

On°Р

бп

lie Вп Ив . Вр Вп

Вг

1бр

he

Вп

то есть базовые токи входных транзисторов 2, 4 при условии их точного согласования с транзисторами 22, 23 в режиме покоя одинаковы, а их разность равна нулю/ Из-за полной симметрии неинвертирующего и инвертирующего плеч усилителя теоретически равен нулю и входной ток смещения по неинвертирующему входу.

Однако при отсутствии транзисторов 18, 19 точность компенсации базовых токов транзисторов 1-4 сильно зависит от величины синфазного сигнала, приложенного к входам усилителя, поскольку коэффициенты передачи тока повторителя 20 тока и преобразователя 21 тока зависят от напряжения коллектор-эмиттер используемых транзисторов. Кроме этого, преобразователь 21 тока имеет большую выходную емкость, которая способствовала бы ухудшению симметрии характеристик усилителя в режиме большого сигнала.- Установка транзисторов 18. 19 позволяет существенно ослабить зависимость величины входных токов смещения от синфазного сигнала за счет поддержания постоянных напряжений на выходах повторителя 20 тока и преобразователя 21 тока, а также обеспечить симметрию усилителя на переменном токе. Ток покоя усилителя задается токозадающим элементом 24, который включен между входами повторителей 20 и 25 тока, выход последнего подключен к эмиттеру транзистора 18.

В отличие от прототипа в предлагаемом усилителе сигналы на выходной каскад, выполненный на транзисторах 16, 17, передаются по цепям, отделенным от цепей смещения входного каскада, выполненных на повторителе 20 тока и преобразователе 21 тока. Это значительно упрощает структуру операционных усилителей (ОУ), использующих предлагаемый усилитель в качестве входного каскада. В таком ОУ, показанном на фиг.2, введен транзистор 26, который совместно с диодом 16 образует повторитель тока, к входу и выходу которого подключены обе пары взаимно противофазных выходов предлагаемого усилителя. Такое включение позволяет получить несимметричный токовый выход, который подключен к входу малосигнального канала 27 усиления, содержащего последовательно соединенные двусторонний ограничитель напряжения, инвертирующий интегратор и преобразователь напряжение-ток, в качестве которого в рассматриваемом ОУ может использоваться обычный резистор. Суммирование выходных токов входного каскада ОУ и малосигнального канала 27 усиления осуществляется на диоде 14.

Использование предлагаемого усилителя в составе ОУ (фиг.2) позволяет дополнительно уменьшить величину токов смещения по неинвертирующему входу по сравнению с двухтактным усилителем, изображенным на фиг.1, где эти токи зависят как от величины синфазного напряжения при 100% ООС по напряжению за счет относительно низкого выходного сопротивления транзисторов 16,17, так и от сопротивления нагрузки, подключенной к выходу усилителя. Введение малосигнального канала 27 усиления за счет его очень большого усиления по току позволяет полностью скомпенсировать активную составляющую сопротивления, приведенную к выходу предлагаемого усилителя, вследствие чего входные токи смещения по обоим входам ОУ оказываются предельно малыми и приблизительно одинаковыми в любом включении.

Формула изобретения

Усилитель, содержащий первый и второй транзисторы, имеющие n-p-п тип, базы которых являются неинвертирующим и инвертирующим входами усилителя соответственно, третий и четвертый транзисторы, имеющие p-n-р тип , базы которых подключены к базам соответственно первого и второго транзисторов, а эмиттеры через первый и второй резисторы соединены с

эмиттерами соответственно пятого и шестого транзисторов, имеющих n-p-п тип, базы которых соединены и через цепь смещения, выполненную на четырех соединенных по- 5 следовательно прямосмещенных диодах, подключены к соединенным базам седьмого и восьмого транзисторов, имеющих р-п-р тип, эмиттеры которых через третий и четвертый резисторы подключены к эмиттерам 10 соответственно первого и втрого транзисторов, при этом коллектор первого транзистора соединен с коллектором шестого транзистора и через первый диод - с положительной шиной источника питания, кол5 лектор третьего транзистора соединен с коллектором восьмого транзистора и через второй диод - с отрицательной шиной источника питания, причем коллекторы пятого и седьмого транзисторов подключены к по0 ложительной и отрицательной шинам источника питания соответственно, а также девятый транзистор, имеющий p-n-р типа, база-эмиттерный переход которого включен параллельно первому диоду, и десятый

5 транзистор, имеющий n-p-п тип, база- эмиттерный переход которого включен параллельно второму диоду, при этом базы пятого и шестого транзисторов подключены к коллектору одиннадцатого транзисто0 ра, имеющего p-n-р тип, а базы седьмого и восьмого транзисторов подключены к коллектору двенадцатого транзистора, имеющего п-p-n тип, а коллекторы девятого и десятого транзисторов являются выходом

5 усилителя, отличающийся тем, что. с целью уменьшения входных токов смещения, в него введены повторитель тока и пре- образователь тока, выполненный на тринадцатом транзисторе, имеющем р-п-р

0 тип, и четырнадцатом транзисторе, имеющем n-p-п тип, базы которых соединены, причем эмиттер четырнадцатого транзистора является входом преобразователя тока, подключен к коллектору второго транзисто5 ра, коллектор тринадцатого транзистора является выходом преобразователя тока и подключен к эмиттеру одиннадцатого транзистора, включенного по схеме с общей базой, при этом эмиттер тринадцатого

0 транзистора и коллектор четырнадцатого транзистора подключены к положительной шине источника питания, к отрицательной шине которого подключен общий вывод повторителя тока, вход которого соединен

5 с коллектором четвертого транзистора, а выход с эмиттером двенадцатого транзистора, включенного по схеме с общей базой.

фиг. 2

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - уменьшение входных токов смещения. Усилитель содержит транзисторы 1-4, 7, 8, 11, 12, 16-19, резисторы 5, 6, 9 и 10, цепь смещения 13, диоды 14 и 15. повторители 20 и 25 тока, преобразователь 21 тока, выполненный на транзисторах 1№ 22 и 23, а также токозадающий эл-т 24. Транзисторы 2 и 12 инвертирующего плеча усилителя охвачены отрицательной.обратной связью через преобразователь 21 по цепи: коллектор транзистора 2, вход преобразователя 21, эмиттер транзистора 18, диодная цепь 13 смещения, база транзистора 12. Аналогично, но через повторитель 20 обратной связью охвачены транзисторы 4 и 8. Наличие этих цепей обратной связи не только позволяет обеспечить устойчивость усилителя по начальному режиму без резисторов, но и дает возможность значительно уменьшить входные токи смещения усилителя. Из-за полной симметрии неинвертирующего и инвертирующего плеч усилителя входной ток смещения по.неинвертирующему входу также теоретически равен нулю. 2 ил. Но х| ю о ю о