Устройство усиления сигналов Советский патент 1993 года по МПК H03F1/42 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в устройствах звукозаписи и звуковоспроизведения, а также в измерительной технике.

Целью изобретения является повышение быстродействия и снижения динамических искажений, в частности уменьшения времени установления выходного напряжения.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства усиления сигналов; на фиг.2 - вариант практической реализации предлагаемого устройства.

Устройство усиления сигналов содержит первый 1, второй 2 и третий 3 резисто- ры, операционный усилитель (ОУ) 4, буферный каскад 5 и преобразователь 6 напряжение-ток. Неинвертирующие входы преобразователя 6 напряжение-ток и ОУ 4 соединены вместе и образуют неинвертирующий вход устройства. Инвертирующий вход ОУ 4 соединен с первыми выводами первого и второго резисторов. Второй вывод первого резистора 1 соединен с инвертирующим входом преобразователя бис

инвертирующим входом устройства. Выход ОУ 4 соединен с первым выводом третьего резистора 3, второй вывод которого соединен с выходом преобразователя 6 и входом буферного каскада 5.

Устройство работает следующим образом.

Разница напряжений на входах устройства ДиВх преобразуется преобразователем 6 в ток, благодаря чему на резисторе 3 выделяется напряжение, которое через буферный каскад 5 поступает на выход устройства. Сигнал обратной связи с выхода устройства через резистор 2 поступает на инвертирующий вход ОУ 4, который сравнивает его с сигналом на неинвертирующем входе. Возникающая ошибка компенсируется изменением потенциала первого вывода резистора 3. Для уменьшения искажений необходимо, чтобы коэффициент преобразования преобразователя 6 был выбран таким, чтобы выделяемое на резисторе 3 напряжение было равно требуемой разнице напряжений ДШвых между выходом и инвертирующим входом

00

Ј VI

СЛ О

00

. Ди8ых AUBx( +i). KI

Тогда коэффициент преобразования К должен быть равен:

щ Ш+

IJL

ом;

Поскольку ОУ корректирует только ошибку преобразования, его коэффициент усиления может быть уменьшен, а быстродействие увеличено, что дополнительно снижает искажения сигнала. Резистор Яз должен быть достаточно низкоомным, чтобы не вносить дополнительных фазовых задержек сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известными за счет введения новых элементов и связей между ними усиливает сигналы с меньшими искажениями и большим быстродействием.

На фиг.2 приведен вариант практической реализации заявленного устройство. В нем используется стандартный операционный усилитель AI. выходной каскад выполнен по двухтактной схеме на транзисторах VTs, VTe и диодах VDi, VD2. Эмиттеры транзисторов VTs, VTe соединены вместе и присоединены к второму выводу второго резистора и выходу устройства. База соединена с катодомVOi и вторым выводом резистора Яз. Анод диода VDi соединен с катодом VD2, анод VD2 с базой транзистора VTe и коллектором транзистора VT4 преобразователя напряжение - ток. Коллекторы транзисторов VTs, VTe соединены с положительным и отрицательным источниками питания соответственно, Преобразователь напряжение - ток выполнен на транзисторах VTi, VT2, VTs, VT4, резисторах R4, Rs, Re, R, Re, причем база р-п-р-транзистора VTt соединена с неинвертирующим входом ОУ и неинвертирующйм входом устройства. База р-п-р-транзистора VT2 соединена с вторым выводом резистора RI и инвертирующим входом устройства. Коллектор VTi соединен с коллектором ЛГз и базами /Тз и VT4. Коллектор VTs соединен с эмиттером VT4 и первым выводом резистора R. Вторые выводы резисторов R и Re соединены с отрицательным источником питания. Эмиттеры VTi, VTa Соединены с вторыми выводами резисторов RS и Re соответствен . но. Первые выводы RS и Re соединены вместе и со вторым выводом резистора R4, первый вывод которого соединен с положительным источником питания. Коллектор VT является выходом преобразователя напряжение - ток. Неинвертирующий вход ОУ

AI соединен с первыми выводами резисторов Rt и Ra, а выход ОУ с первым выводом резистора Яз.

Устройство работает следующим образом.

При появлении разности напряжений на входах устройства появляется разность потенциалов на базах дифференциального каскада VTi, VT2, что приводит к изменению

тока коллекторов VTi, VTa на величину

Д

AUx

R5 + Re + 2 R3

где Яэ - сопротивление эмиттеров VTi, VTz. Изменение токов коллекторов VTi, VT2 благодаря зеркалу тока, выполненного на VTs, VT4, Я, Re приводит к появлению удвоенного значения приращения тока в кол-..

лекторе V4, который, протекая через резистор Яз. преобразуется в приращение напряжения на базах VTs, VTe, и, как следствие, на выходе устройства. При условии

25

2Кз

R5 + Яе+2Яэ

К.

где К - коэффициент передачи устройства по напряжению, изменение приращения напряжения на выходе устройства, вызванное приращением тока преобразователя напряжение ток, будет близко к требуемому. Ошибку откорректирует ОУ AI благодаря действию обратной связи с выхода устройства на инвертирующий вход. ОУ.

Поскольку преобразователь напряжение - ток не требует частотной коррекции, то скорость нарастания напряжения на выходе устройства может достигать 1000-2000

В/мкс, что и разрешает противоречие между требованием высокого коэффициента усиления и большой скорости нарастания для минимизации задержки сигнала по цепи обратной связи.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я 1. Устройство усиления сигналов, содержащее низкочастотный канал, выполненный на операционном усилителе, высокочастотный канал, а также выходной

повторитель напряжения, первый и второй резисторы, первые выводы которых объединены, причем второй вывод первого резистора является инвертирующим входом устройства усиления сигналов, а второй вывод второго резистора соединен с выходом выходного повторителя напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения динамических искажений, высокочастотный канал выских искажений, высокочастотный канал выполнен на преобразователе напряжение - ток с дифференциальным входом, а между выходом операционного усилителя и входом выходного повторителя напряжения введен третий резистор, причем неинвертирующий вход преобразователя напряжение - ток соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и является неинвертирующим входом устройства усиления сигналов, инвертирующий вход соединен со вторым выводом первого резистора, а выход - с входом выходного повторителя напряжения, точка соединения первого и второго резисторов подключена к инвертирующему входу операционного усилителя,

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью уменьшения времени установления, коэффициент преобразования преобразователя напряжение - ток

10

:-(Н;

где RI, R2 и Кз - первый, второй и третий резисторы.

Использование: в устройствах звукозаписи и звуковоспроизведения, а также в измерительной технике. Сущность изобретения: устройство содержит низкочастотный канал на операционном усилителе, высокочастотный канал на преобразователе напряжение-ток с дифференциальным входом и выходной повторитель напряжения. Неинвертирующий вход преобразователя напряжения - ток соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и является входом устройства. Выход преобразователя напряжение - ток соединен с входом выходного повторителя напряжения, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.