Усилитель Советский патент 1992 года по МПК H03F3/42 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться при построении усилителей различного назначения с большим динамическим диапазоном: в каскадах операционных усилителей, широкополосных усилителей, усилителей низкой и высокой частоты.

Известен усилитель звуковой частоты класса АВ, в котором задача повышения линейности усиливаемых сигналов решается с помощью стабилизации рабочих точек транзисторов стабилитроном Д1, но при всех достоинствах по сравнению с аналогом ему присущи недостатки. Динамический диапазон по максимуму ограничивает стабилитрон Д1, так как размах амплитуды не может превышать VCT стабилитрона; по минимуму динамический диапазон также ограничен из-за низкого коэффициента усиления малых сигналов, так как ток через транзисторы в зависимости от сигнала изменяется на два порядка, что вызывает изменение коэффициента передачи тока/3 и нелинейные искажения из-за разного усиления значительно отличающихся по амплитуде сигналов. Ограниченный частотный диапазон. Из-за низкого входного сопротивления необходимо согласование входного сопротивления

усилителя с выходным сопротивлением источника сигнала.

Целью изобретения является расшире- нйе частотного и динамического диапазонов, повышение линейности и входного сопротивления усилителя.

Усилитель, состоящий из двух симметричных каскадов усилителей тока, построенный по мостовой схеме из четырех попарно симметричных плеч, включенных так, что диагонально противоположные плечи управляются синфазно, а плечи в каждом каскаде парафазно; нагрузка включается в диагональ так, что токи от синфазных сигналов компенсируются, а от парафазных усиливаются, отличающийся тем. что плечи, состоящие из одного или несколько последовательно включенных транзисторов, управляются через резистивный делитель входным сигналом, величина сопротивлений резистивного делителя выбрана так, что нижние по схеме плечи, электроды транзисторов которых подключены к шине питания через токоограничивающие резисторы, всегда работают в линейном режиме, а смещение через этот делитель задано так, что начальный ток через транзисторы соответ(/

С

Ч

GO hO 4 W О

ствует оптимальному, исходя из частотных свойств конкретных транзисторов.

На фиг. 1 представлен первый симметричный каскад усилителя тока; на фиг. 2 - второй симметричный каскад усилителя; на фиг, 3 и 4 - резистивные делители, задающие смещение и усиливаемый сигнал на базы транзисторов.

На чертежах приняты следующие обозначения: на фиг, 1: 1 и 2 - транзисторы противоположной проводимости по отношению к транзисторам 3 и 4; на фиг. 2: 1, 4 - транзисторы одной проводимости; 5-10 - резисторы задающие смещения на базы транзисторов 1-4; 11 и 12-токоограничива- ющие пезисторы, создающие отрицательную обратную связь по току- 13 - нагрузка; на фиг, 3: Ri, Ri1, R21 -Rn, Rn - резистивные делители; VTi, VTi1, VT2, VT21, VTs, VTa1- VTn, VTn1 - базы транзисторов. Кроме того, на фиг. 3 нечетным номерам соответствуют транзисторы одной проводимости, четным номерам-транзисторы противоположной проводимости.

Усилитель работает следующим обра- зом

Входной сигнал подается между точками усилителя Вх.1 и Вх.2 и усиленный снимается с нагрузки 13, Резисторы 5-10 задаюг на базах транзисторов режим, при котором транзисторы работают в классе А с оптимальным током, исходя из конкретных транзисторов, а именно их частотных свойств.

Если на вход подается парафазный сиг- нал, то пусть на входе 1 потенциал нарастает, т.е. имеет положительное приращение, а на вхйде 2 убывает. Тогда положительное приращение сигнала открывает транзисторы 1 и 4 тем больше, чем больше его вели- чина, а на входе 2 потенциал убывает, и соответственно транзисторы 3 и 2 подзак- рываются тем больше.чем больше абсолютная величина сигнала, т.е. при возрастании парафазного сигнала, ток из смежных цепей перераспределяется в диагонально противоположные через нагрузку, выделяя на ней усиленный сигнал. Ток через транзисторы 1 и 4 и нагрузку 13 возрастает, а через 2 и 3 убывает. При этом величина резисторов 6 и 8 значительна, транзисторы нижних по схеме плечей 2 и 4 практически всегда работают в линейнсй области, т.е. полностью не закрываются и не открываются, поэтому усилитель не имеет искажений, вызываемых на- сыщепием и отсечкой транзисторов. Кроме того, так как через транзисторы выбран оптимальный ток, исходя из их частотных свойств, то изменения коэффициента передачи тока/3 в зависимости от частоты и величины усиливаемых сигналов минимальны, что расширяет частотный диапазон и повышает линейность, Если (фиг. 1 и 2) в качестве нагрузки 13 использовать колебательный контур, то усилитель может работать как резонансный усилитель высокой частоты с большим динамическим диапазоном,

При реализации усилителей высоковольтных сигналов (фиг. 3 и 4) необходимо так задать режимы транзисторов, варьируя резисторами, задающими смещения на базы Ri, Ri1, Ra1, R21, RS, R31 - Rn, Rnl чтобы рассеиваемая транзисторами мощность была одинакова при том номинальном уровне усиливаемых сигналов, на который рассчитывается усилитель.

Способ расчета каждого плеча усилителя.

Напряжение питания усилителя выбирают равным удвоенному амплитудному значению максимальных усиливаемых сигналов. Оптимальный эмиттерный ток выбирают из частотных свойств конкретных транзисторов. Исходя из номинальной мощности, определяется допустимое падение напряжения на каждом транзисторе, которое не должно превышать половины максимального допустимого.

Число транзисторов в каждом плече определяем по формуле

П 2 V3K где п - число транзисторов в каждом плече;

En напряжение источника питания;

VSK падение напряжения на одном транзисторе.

Работа усилителя высоковольтных сигналов аналогична разобранной выше, если рассматривать плечи, как одиночные транзисторы. При поступлении на вход высоковольтного сигнала происходит перераспределение напряжений между транзисторами в плече в зависимости от амплитуды сигнала.

При правильно подобранном делителе Ri, Ri -Rn,Rn мощность сигнала между транзисторами распределяется равномерно.

Формула изобретения

1. Усилитель, выполненный по мостовой схеме, в одной диагонали которой включен источник питания, а в другой - нагрузка, плечи выполнены на транзисторах, при этом транзисторы первых двух плеч моста, выводы питания которых соединены с первой шиной питания, имеют одинаковую структуру, включены по схеме с общим коллектором, базы этих транзисторов подключены к первым отводам соответствующих резистивных делителей базового смещения и являются входами для подачи противофазных сигналов, при этом транзисторы вторых двух плеч моста, выводы питания которых соединены с второй шиной питания, также имеют одинаковую структуру и базы этих транзисторов подключены к вторым отводам резистивных делителей базового смещения, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения линейности, выводы питания транзи- сторов вторых двух плеч моста соединены с второй шиной питания через соответствующие введенные токоограничивающие резисторы, при этом вторая шина питания является общей шиной.

2. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что транзисторы вторых двух плеч моста имеют структуру, противоположную структуре транзисторов первых двух плеч моста, включены по схеме с общим коллектором и

Ј

ю

базы подключены к второму отводу рези- стивного делителя базового смещения смежного плеча моста.

3.Усилитель по п. 1,отличающийся тем, что транзисторы вторых двух плеч моста имеют одинаковую структуру с транзисторами первых двух плеч моста, включены по схеме с общим эмиттером и базы подключены к вторым отводам резистивных делителей базового смещения диагональных плеч моста, при этом вторые отводы резистивных делителей базового смещения являются одновременно их одноименными выводами питания.

4.Усилитель по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, каждое плечо моста выполнено на соединенных последовательно по постоянному току N однотипных транзисторах.

. &

Изобретение относится к радиоэлектронике. Цель изобретения - расширение частотного и динамического диапазонов. Цель достигается тем, что введенные в выводы питания двух плеч моста токоограничиваю- щие резисторы совместно с резисторами базового смещения задают транзисторам плеч моста режима класса А с оптимальным током в соответствии с частотными свойствами транзисторов без изменения этих транзисторов в широком динамическом ди апазоне. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

fui.l

RIUM)