Усилитель Советский патент 1993 года по МПК H03F1/32 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемно-уси- лительной и радиоизмерительной аппаратуре. . /. . :. --v; . ; -;-;- :;-л - ::

Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений, вносимых усилителем при усилении сигналов.

Указанная цель достигается тем, что в усилитель, содержащий транзисторы VT1 и VT2 .резисторы R1, R2, R3, элемент связи, дополнительно введен делитель из двух последовательно соединенных резисторов, который включен между базой транзистора VT1, являющейся входом усилителя и общей шиной усилителя, а выход делителя соединен с входом элемента связи, резистор, соединяющий эмиттер первого транзистора с общей шиной усилителя, к общей точке соединения эмиттера транзистора и резистора подключена база транзистора 2, блок вычитания, первый вход которого соединен с Точ-. кой общего соединения коллектора транзистора 1 и резистора R1. а второй - с точкой общего соединения коллектора тран: зистора 2 и резистора R2, а выход блока: вычитания является выходом усилителя; резистор смещения R5. включенный между базой первого транзистора и шиной питания; обеспечивающий режим работы всего усилителя по постоянному току.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого усилителя; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу усилителя. Для наглядности показан сигнал синусоидальной формы, а возникающие при усилений нелинейные искажения (НИ) отмечены треугольным импульсом.: :

Усилитель содержит первый транзистор VT1, база которого является входом устройства. Коллектор VT1 через первый резистор (RT) соединен с соответствующей шиной питания, а эмиттер соединен с базой второго Транзистора VT2, коллектор которого через второй резистор (R2) соединен с соответствующей шиной питания. В цепь эмиттера введен третий резистор (R3), а также элемент связи (ЭС), первый вывод которого соединен с эмиттером VT2..

.

JE

00

S

00 Ч)

Для уменьшения нелинейных искажений между соответствующей шиной питания и общей шиной введен резистивный делитель напряжения (R5, R6, R7), первый.. отвод которого соединен с базой первого транзистора VT1, второй отвод со вторым выводом ЭС. Между коллекторами VT1 и VT2 введен блок вычитания (БВ), выход которого является выходом усилителя. В цепь эмиттера VT1 введен четвертый резистор R4. Соответствующие выводы третьего R3 и четвертого -R4 резисторов соединены с общей шиной,

Усилитель работает следующим образом.

Поступающий на. вход сигнал UBX (фиг. 2а) усиливается VT1 и одновременно искажается из-за неидеальности передаточной характеристики транзистора. При этом следует учитывать, что нелинейные свойстве транзистора сильно зависят от уровня входного сигнала - при слабых сигналах нелинейных искажений практически хмет. Усиленный VT1 сигнал и его НИ1 имеются ка в точке .соединения коллектора VT1 с R1 (фиг. 26), так и в точке соединения эмиттера VT1 с R4 и базой VT2 (фиг. 2в,г). Амплитуды этих сигналов зависят от соотношения величин R1 и R4, но в любом случае сигнал UR4 снимаемый с R4. будет меньше, чем Uex, даже если величина R1- будет равна нулю. Кроме того, UBX и UR4, UBX и UR4 синфазны, поскольку при подаче сигнала в эмиттерную цепь инверсии не происходит. Часть входного сигнала Uex через делитель R6 и R7 и ЭС подается на эмиттер VT2 (фиг. 2д). Таким образом для VT2 входной сигнал будет определяться как разность сигналов, поступающих на его базу с R4 и эмиттер с выхода ЭС.

Поскольку сигналы синфазны, то, следовательно, входной сигнал для VT2 можно записать выражением .

Uex VT2 UR4 - UR3,

где URS - сигнал, поступающий с выхода ЭС в точку соединения эмиттера VT2 с R3.

Сигнал; UR4. снимаемый с R4, содержит не только полезный сигнал (Uqw). но и его нелинейные искажения (иирд) в то время, как сигнал поступающий с выхода ЭС на R3 (URS) НИ не содержит (поскольку пассивные элементы R6, R7 и ЭС линейны). Таким образом UBX vT2 (UcR4 + UnR4)-UR3. Величины R6 и R7 выбираются так, чтобы с учетом коэффициента передачи ЭС обеспечивалось равенство UcR4 UR3- Тогда

UBX VT2 (UCR4 + Ul/1R4) - Ufi3 UHR4.

0

5

0 5 0 5 0

.

5

0 5

т.е. на вход VT2 поступают только НИ, появившиеся за счет нёидеальности VT1. НИ усиливаются VT2 до необходимого уровня и поступают на второй вход БВ 9 (фиг. 2е). Поскольку НИ имеют небольшой уровень по сравнению с сигналом, то можно считать, что VT2 работает в линейном режиме по сравнению с VT1. На первый вход БВ-посту- пает сигнал, усиленный VT1 и НИ этого сигнала, возникшее при усилении (фиг, 26). В БВ НИ вычитаются не уменьшая сигнал (фиг.2ж). Равенство амплитуд НИ обеспечивается за счет выбора величины R2, определяющего коэффициент усиления каскада на VT2..

Таким образом, в приведенной схеме за счет введения делителя R6 R7 и подключения входа ЭС к выходу делителя обеспечивается разделение НИ и полезного сигнала в цепи VT2, устраняется воздействие полезного сигнала на VT2, что позволяет обеспечить линейный режим работы последнего и высокую степень компенсации НИ. ЭС обеспечивает развязку входа усилителя и эмит- терной цепи VT2, что делает стабильным параметры всего устройства. ЭС может реализоваться на пассивных элементах, например, последовательно включенные разделительный конденсатор (обеспечивает развязку по постоянному току) и резистор (увеличивает входное сопротивление устройства), либо широкополосный трансформатор с требуемым коэффициентом трансформации. В последнем случае ЭС включается как классический четырехугольник.

Эффективность предлагаемого изобретения может быть оценена следующим образом.

Предположим, что заметные НИ возникают при воздействии на вход VT1 сигнала . UCBX. При этом

Uc$b. U CBX - (Ку1 + Кни1) UcBX,(1)

где Ку - коэффициент усиления сигнала VT1;

Кни - коэффициент искажений сигнала.

Для каскада на VT2 входным сигналом является сигнал НИ

UHH U CBX Кни1Поскольку в БВ НИ VT1 в общем случае компенсируются практически полностью, то не скомпенсированными могут быть только НИ, которые могут возникнуть в VT2. Если считать, что условия возникновения заметных НИ для VT1 и VT2 примерно одинаковы, то появление некомпенсированных НИ, Лрзиикших в VT2 возможны только тогда,

когда их уровень станет достаточно большим. .

Из условия (1) для VT1 можно записать .

Кни U свх - UCBX.

где U сих - сигнал, поступающий на вход усилителя, при котором уровень НИ на входе VT2 вызовет нелинейные явления в работе VT2.

Отсюда

О)

UCBX Кни

Поскольку Кни « 1 для реальных усилительных схем (иначе усиление будет невозможно), то выражение (3) показывает во сколько раз в предлагаемом усилителе может быть увеличен входной сигнал, чтобы НИ начали проявляться (до нескольких десятков раз).

Формула изобретения Усилитель, содержащий первый транзистор, база которого является входом усили

5

10

15

20

теля, коллектор через первый резистор соединен с соответствующей шиной питания, эмиттер - непосредственно с базой второго транзистора, коллектор которого через второй резистор соединен с соответствующей шиной питания при этом в цепь эмиттера1. введен третий резистор, а также элемейт связи, первый вывод которого соединен с эмиттером второго транзистора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что с целью уменьшения нелинейных искажений, между соответствующей шиной питания и общей шиной введен резистивный делитель напряжения, первый отвод которого соединен с базой первого транзистора, второй отвод - с вторым выводом элемента связи, между torn лекторами первого и второго транзисторов введен блок вычитания, выход которого является выходом усилителя, в цепь эмиттера первого транзистора введен четвертый резистор, при этом соответствующие выводы третьего и четвертого резисторов соединены с общей шиной.

Использование: в прйемо-усилитёль- ной и радиризмерительной аппаратуре, Сущность изобретения: устройство содержит первый и второй транзисторы, база первого является входом устройства, .а его эЦиттер соединен с базой второго транзистора: Эмиттер второго транзистора соединен с первым выводом элемента связи. Между соответствующей шиной питания и общей шиной включен резистивный делитель напряжения, первый отвод которого соединен с базой первого транзистора, второй отвод соединен с вторым выводом элемента связи. Между коллекторами первого и второго транзисторов включен блок вычитаний, выход которого является выходом усилителя. 2 ил.

5 11 А/ Вход

О О

Общ.

Л

R7

блокбыии- та nut

ц

I

Ј пит

кг

Выход

С

УГ2

211

QSiLf.

Фиг. {

база VTl

коллектор

: - VTS

г бхоЗ БЬ

v

л.

г

V