Усилитель низкой частоты Советский патент 1977 года по МПК H03F3/20 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве низкочастотного усилителя моащости.

Известен усилитель низкой частоты, содержащий последовательно соединенные каскад, выполненный на составном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, каскад предварительного усиления, фазоинверсньш каскад и выходной двухтактный каскад, вьшолненньш на транзисторах, включенных по схемам общий коллектор общий эмиттер. Однако в известном усилителе выходной сигиал не достаточно симметричен.

Для получения симметричного выходного сигнала в предлагаемом усилителе в цепь коллектора транзистора входного каскада введен генератор тока, вьшолненньш на одном транзисторе противоположного типа проводимости, параллельно переходу база - эмиттер которого включен переход база-эмиттер другого дополнительного транзистора, причем коллектор последнего соединен с базой третьего . дополнительного транзистора, эмиттер которого подключен через два последовательно соединенных диода к базе транзистора генератора тока, а между эмиттером транзистора входного каскада и выходом усилителя введен резистор.

На чертеже приведена упрохценная принципиальная схема усилителя.

Усилитель низкой частоты содержит входной каскад, вьшолненный иа составном транзисторе, включенном по схеме с общим змиттерюм, и состоящим из р-п-р транзисторов и 2, в цепь коллектора транзистора 2 включен генератор тока, вьшолнениый на п-р-п транзисторе 3, параллельно переходу база-эмиттер которого включен переход база-эмиттер дополнительного транзистора 4, причем коллектор последнего соединен с базой еще одного дополнительного транзистора 5 эмиттер которого подключен через два последовательно соединенных диода 6 и 7 к объединенным базам транзисторов 3 и 4 и резистору 8, а коллектор - к вьюоду 10 через последовательно соединенную цепочку, состоящую из резисторов И, 12 и диодов 13, 14, включенных в одном направлении. Эмиттер транзистора 2 чере резистор 15 подключен к вьшоду 16, являющимся выходом усилителя. К коллектору транзистора 2 подключены последовательно соединенные каскад предварительного усиления на р-п-р транзисторе 17, включенном по схеме с общим коллектором, эмит.терный повторитель на транзисторе 18, фазоинверсный каскад на транзисторе 19, в цепь коллектора

r-.duporo через диол 20 включен генератор тока, состоящий из транзистора 21 и диода 22, и выходной двухlaKTiibiii каскад на мощных п-р-л транзисторах 23 24, включенных по схемам общий коллектор - общий эмиттер. Объединенная точка эмиттер-коллектор транзисторов 23 и 24 соответственно соедиHCfia с выходом усилителя - вьшод 16. Эмиттер транзистора 17 соединен через резистор 25 с эмиттером транзистора 26, база которого подключена к

точке соединения резисторов 11 и 12, а коллектор - к вьшоду 10, к которому также подключены коллекторы транзисторов 18,23 и 27. Коллектор транзистора 19 соединен с базой транзистора 24 через переход база-коллектор р-п-р транзистора 28, подключенного к эмиттеру транзистора 27, к базе которого одновременно подключен генератор тока на транзисторе 29 и последовательно соедине1шые в одном направлении диоды 30, 31, 32. Анод диода 32 подключен к выходному вьшоду 16 к которому также подключена через резистор 33 точка соединения базы транзистора 23 эмиттера транзистора З4.база которого подключена к точке соединения анода диода 20 и коллектора транзистора 29.Точка соединения анода диода 22, эмиттеров транзисторов 21, 29, коллектора транзистора 34 и одного конца резистора 35 подключена к вьшоду 36, другой конец резистора 35 при этом подключен одновременно к коллектору транзистора 23 и к вьгооду 10. Базы транзисторов 21 и 29 соединены между собой и подключены к точке соединения катода диода 22 и коллектора транзистора 5, точка соединения катода диода 13 и резистора 12 подключена к вьшоду 37j точка соединения эмиттера транзистора 2 и резистора 15 - к вьтоду 38, база транзистора 1 через резистор 39 - к входному выводу 40. точка соединения коллекторов транзисторов 1, 17, эмиттеров транзисторов 3, 4, 19 и резистора 8 - к заземляемому выводу 9, точка соединения эмиттера транзистора 24 и резистора 41 - к другому заземляемому вьшоду 42. Другой конец резистора 41 подключен к базе транзистора 24. К выводу 10 подключается источник питания ЕПИТ причем вьшоды 10 и 37 могут быть закорочены. Для обеспечения раз.гшчных режимов работы между выводами 36 и 16 может быть установлен конденсатор 43, а к выводу 38 - последовательно соединенлые конденсатор 44 и резистор 45, второй конец которого Заземлен. К входному выводу 40 подключен источник входного сигнала UBX.

Усилитель работает следующим образом.

Входной сигнал UBX поступает через резисгор 39 на базу транзистора 1. Напряжение смещения составного транзистора 1, 2 входного каскада создастся на резисторе 15 выходным напряжением, образующимся на змиттере транзистора 23. Эмиттер ipairjHCTOpa 2 по переменному току может быть заземлен через цепь обратной связи, выполненной в виде 1К)сле1юватсльно соединенных конденсатора 44 и pejiKiopa 45, подключаемых к выводу .8. За счет

введения отрицательной обратнс ; связи повьр.пается входное сопротивление усилителя.

Нагрузкой транзистора 2 служит генератор тока на транзисторе 4 с параллельно подключенным к нему высокоомным входным сопротивлением каскада предварительного усиления на транзисторе 17, благодаря чему коэффициент усиления входного каскада ограничивается только выходным сопротивлением транзистора 2, которое является

достаточно большим.

Необходимый стабильный уровень выходного напряжения, составляющий половину величины питающего напряжения Едит (при любой возможной величине последнего), поддерживается с

помощью схемы, включающей в себя транзисторы 3,4, 5, резисторы 11,12 и диоды 6, 7.

Сопротивление резисторов 11, 12 и 15 имеют одинаковую величину, равную R.

Источник питания ЕПИТ подключается к вьшоДУ 10. Усилитель может работать как со схемой, подающей более высокое напряжение базы на выходной транзистор 23 и соединяемой с источником ЕПИТ. так и без нее. При использовании этой допол1штельной схемы вьшоды 10, 37 закорачиваются, в

результате чего закорачиваются диоды 13 и 14, а конденсатор 43 включается между вьшодами 36 и 16.

В предположении, что коэффициент усиления по току транзисторов 3, 4, 5 равен бесконечности, коллекторный ток транзистора 4 можно записать в

виде

Егтит-ибз - 1/ -1 бэ5

fl)

JK -21

где: ибз4 - напряжение база-эмиттер транзистора 4;

ибэ; - напряжение база-эмиттер транзистора 5;

Ufl - падение напряжения на каждом из диодов 6 и 7;.

2R - сумма сопротивления резисторов 11 и 12.

При идентичности транзисторов 3 и 4 и при одинаковом напряжении смещения между базой и эмиттером этих транзисторов коллекторные токи их равны. Поэтому

:j32 JK2 j. ak

(2)

JQ т.е. эмиттерный ток транзистора 2 равен его коллекторному току и равен коллекторным токам транзисторов 3 и 4. Выходное напряжение постоянного тока усилителя на вьшоде 16

(3)

55

где ибэ,, Обз; - напряжения база-JMHI гер транзисторов 1 и 2 соответственно;

Зэ2 -- эмиггерный ток транзисшра 2; R -- сопротавление резисюра I.S. уравнений (Г), (2), (3) следует Игг .,т -.пит- б 4- гГ -1ГЬэ5( ВЫХ +g; в случае, если все транзисторы имеют одинаковое напряжение база-эмиттер и надение напряЖС11ИЯ на диодах 6 и 7 одинаковое, уравнение (4) можот быть приблизительно записано в следующем (5) Согласно уравнению (1) в токе Jk4 и затем в Tf)K-c .) присутствуют две компоненты, первая - . :завися1цая от питающего напряжения, и . НС зависяишя от него, вызывающая падение иииряжспня на сопротивлении резистора 15,уравноR(()Miee напряжение смещения эмиттера транJHcTOiiji 2. Уруинение (5) бьито бы справедливо в том c.iyiac. если ко)ффи1шеит усилия по току транзискр;,н Г)ыл оы очень большим, в пределе, равным Гксконечмости, но это условие не может быть ныпо.щепо Я)1Я транзистора 2 р-п-р типа с горизонтальной структурой. Этот трамчистор имеет очень кшкий коэффициент усиления д.тя работах токов, гигпому уравнение (5) должно быть изменено с учеюм того, что Лэ2 - Jkj + Збг где базовый ток транзистора 2. Таким образом уравнение (5) «анишется в виде: -р4тг б, Опшбка, вводимая при предположении о бесконеч ном коэффициенте усиления транзистора 2 в виде ilonojtHHтельного члена уравнения RJ62, компенсируется за счет базового тока транзистора 17, имеющего такую же структуру как и транзистор 2 и работающего при тех же значениях эмиттерного тока. Поэтому Збг J6i7, где J6i7 - базовый ток транзистора 17. Таким образом, уравнение (2) запишется в виде , Зк,-:Г6,.,б2 Отсюда следует Е -M(,,) (7) при использовании одинаковых по стрзтстуре и размерам транзисторов 2 и 17 Лбз Лб,,, следова Эмиттерный TOK|j3i7 транзистора 17 записывается в виде (nHT-1 Sa2 -U63,g-U53,(8 2д 25 где ибэ2б - напряжение база-эмиттер транзисгдетора 26; ибэ, g - напряжение бааа-: ми1те() ipaiijuc тора 18; ибэ,9 - напряжение база-эмилс)) транзистора J9; Rjs - сопротавление резистора 25, Предлагаемая R2s -R из уравнения ()) следует, что первое слагаемое правой части уравнения (8) равно удвоенной величине тока Jk Я1нус пренебрежимо малая величийа тока Следовательно J3i7 3k4. Ввиду конечной величины коэффищшнта усиления транзисторов 5 и 26 возникает небольшая ощибка, которая может быть компенсирована заменой диодов 6 и 7 резистором, который вместе с резистором 8 служит для изменения величины базового напряжения транзистора 5 и, следовательно, тока Jk4. Когда не требуется получение максимального напряжения на выходе усилителя, конденсатор 43 отключается, закорачиваются выводы 10, 36 и размыкаются выводы 10, 37, при этом между выводами О, 37 появляется напряжение, равное сумме падений напряжений на диодах 13 и 14 Ugi 3 + Ugi4 В этом случае верхним пределом выходного напряжершя будет напряжение, равное Е пмт ивз-г - и КЗ, нас и нижним пределом - напряжение ихэ,, Де ибэ2з , USa. - напряжения база-эмиттер транзисторов 23 и 34 соответственно; Utia., иасДГиЭз нас - напряженик насьпнения транзисторов 2), 24 соответственно. Средняя величина двух предельных значений равна Еп,.-и5э2з-ибэз4иц:э2,с с-икэ2 нас U832,,-US3.J4 ср 22 Падение напряжения на диодах 13 и 14 вызывает уменьшение тока Зи на величину . 2 следовательно, падение напряжения на резисторе 15 будет меньше на величину f, , чем в случае, когда диоды 13 и 14 закорочены, при этом постоянная составляющая выходного напряжения будет примерно равна Ucp. Фазоинвепсный каскад на транзисторе 19 работает по схеме с общим эмиттером и нагрузкой ему служит генератор тока (транзистор 21 и диод 22) и входное сопротивление выходного двухтактного каскада. Генератор тока и усилитель на транзисторах 29 и 27 соответственно обеспечивают требуемый базовый ток выходного транзистора 24. Высокая величина отрицательного размаха выходного напряжения обеспечивается диодами 30, 31, 32, которые служат для увеличения эмиттерного

пакряжепия транзистора 8, ветшчина которого пошюряатвается на уровне, превышающем уровень коллекторного напряжения транзистора 24, что предотвращает насыщение транзистора 28. Таким образом величина отрицательного размаха выходного напряжения ограничивается только насыщением транзистора 24.

Необходимая величина полояштельного размаха вьЕХОдного напряжения достигается путем присоелинения к коллектору транзистора 34 схемы повышающего напряжения. Для этого между выводами 36-16 необходимо подсоединить конденсатор 43, который заряжается до максимальной величины напряжения - через резистор 35. В этом случае выходная мощность усилителя близка к максимальной. Диод 20 служит для поддержания величины базового напряжения транзистора 34 выше базового напряжения транзистора 28.

Усилитель может быть выполнен в интегральном исполнении.

Формула изобретения

Усилитель низкой частоты, содержащий последовательно соединенные входной каскад, выполненный на составном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, каскад предварительного усиления, фазоинверсный каскад и выходной двухтактный каскад, выполненный на транзисторах, включенных по схемам общий коллектор общий эмиттер, отличающийся тем, что с целью получения симметричного выходного сигнала, в цепь коллектора транзистора входного каскада введен генератор тока, выполненный на одном транзисторе противоположного типа проводнмости, параллельно переходу база-эмиттер которого включен переход база-эмиттер другого дополнительного транзистора, причем коллектор последнего соединен с базой третьего дополнительного транзистора, эмиттер которого подключен

через два последовательно соединенных диода к базе транзистора генератора тока, а между эмиттером транзистора входного каскада и выходом усилителя введен резистор. «л г- 3v, I I