Согласующий усилитель Советский патент 1979 года по МПК H03F3/20 

1

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к согласующим усилителям, используемым для сопряжения логического и ключевого устройств.

Известны согласующие усилители с несимметричным входом для сопряжения логического и ключевого устройств, содержащие транзистор сдвига уровня и усилительный транзистор в виде источника тока, причем источник входного сигнала включен последовательно с транзистором сдвига уровня 1.

Быстродействие подобных усилителей, определяемое временем переключения, обусловлено задержкой вследствие насыщения транзистора сдвига уровня постоянной и иеременной составляющими тока источника входного сигнала, а также ограниченной скоростью нарастания выходного сигнала вследствие нелинейно-емкостного характера внещней нагрузки (ключевого устройства).

Недостатком таких усилителей является сильная ограничительная зависимость между динамическим диапазоном и быстродействием.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является согласующий усилитель, содержащий усилительную пару

транзисторов, выходы которой щунтированы базоколлекторным переходом служащего динамической нагрузкой биполярного транзистора, соединенного своим коллектором со входом оконечного повторителя 2. Здесь транзисторы усилительной пары при подключении входного сигнала между их базами выполняют функции дифференциального сдвигателя уровня, что позволяет подавить влияние постоянной составляющей входного сигнала на быстродействие. Недостатком этого усилителя также является снижение быстродействия при увеличении динамического диапазона, причем

это сопровождается ограничением диапазона выходного сигнала на верхнем уровне входного сигнала и резким различием скорости нарастания переднего и заднего фронтов выходного сигнала при работе на

нелинейно-емкостную внещнюю нагрузку. Целью изобретения является увеличение динамического диапазона и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что

в согласующий усилитель на биполярном транзисторе, коллектор и эмиттер которого соединены с истоками первого и второго транзисторов усилительной пары, затвор первого из которых соединен с резистором,

через который к источнику питания под3

|.чк)чс1 оконечный iioirropnic.ib, выполпенin, :а каскодно включенных биполярном н 1 олевон транзисторах с соединенными бязон и затБОрол-г, нричем ието1Н1ИК входного сигнала включен между затвором второго полевого транзистора усилительной нары и базой транзисго)а резнстнвиого усилителя.

На чертеже приведена принципиальная схема согласующего усилителя, выполненная, например, на р-канальных нолевых и п-р-п биполярных транзисторах.

Уетройство содержит усилительную пару полевых транзисторов 1, 2, биполярный транзистор 3 динамической нагрузки, резиетивный усилитель на биполярном транзисторе 4 и резисторе 5, оконечный новторитель на бинолярном 6 и нолевом 7 транзисторах е соединенными входами и дополнительный резистор 8. Остальные резисторы 9, 10 и диоды 11, 12 выполняют функции ограничения токов и температурной етабнлизаци ; источник входного сигнала подключается к управляющим электродам 13 и 14 последовательно соединенных транзисторов 2 и 4, а выходом служит общая точка 15 каскода в повторителе.

Резистивный усилитель включен носледовате„ты10 с транзистором 2 и параллельно с транзистором 1 усилительной пары, а оконечный повторитель своим входом связан с точкой соединения транзисторов 1 и 3. Связь - затвор транзистора 1 с коллектором транзиетора 6 повторителя и резистор 8 образует форсирующую цень положительной обратной связи по току. Вход 14 соединяется с выходом логичеекого устройства в источнике входного сигнала, а вход 13 - с общей щнной, если усилитель должен быть неинвертирующим. Для инвертирования входного сигнала вход 14 соединяется с наибольщнм из напряжений питания логического устройства, а вход 13 - с его выходом.

Увеличение динамического диапазона и быстродействия в усилителе достигается следующим образом. Последовательное соединение п-р-п транзистора 4 и р-канального транзистора 2 обладает относительно зажилмов 13 и 14 свойством дифференцнальиого входа н создает возможность парафазного уцравления транзисторами 1 н 3 на уровнях, близких к П1ггающим напряженням ±и. Это предельно расщиряет диапазон выходного сигнала усилителя и позволяет замкнуть затвор транзистора 1 в петлю форсирующей положительной обратной связи, образованную транзисторами 1 и 3, повторителем 6, 7, резистором 8 и обеспечивающую адаптивную коррекцию фронтов выходного сигнала во всем его дггапазоне. Сигнал рассогласования в петле вырабатывается в виде разностного напряжения At/ между точками 15 и 16, преобразуется в ток и выделяется на резиеторе

8, ;j затем от)абаты1зается посредством воз1 |)атпого усиления транзистором I.

Форсирование переходного нроцеееа достигается следующим образом. Благодаря выполненню повторителя на транзисторах с резко различными наиряжепиями отсечки, реализуется одютактный режим передачи сигнала, поскольку управля1ОИ1ий переход транзистора 7 смещен меиьщим панряженнем базоэмиттерного перехода транзиетора 6, н транзистор 7 выполняет функции следящего иеточинка тока. При передаче скачка напряжения через новторител1) на его выходе 15 возможны искажеиня (снижение крутизны фронта, запаздывание и т. и.), обуеловленные инерционностью транзиеторов 6 и 7 или действием внешней нелинейно-емкостной нагрузки. Пуеть, например, напряжение на выходе 15

изменяется с меньшей скоростью, чем на входе 16. Тогда, во время несоответствия скоростей возникает пиковое изменение Д(/, создающее выброс тока на резисторе 8. Это же напряжение модулирует ток

транзистора 7 в противоположном направлении, но е меньнгей крутизной, благодаря чему выброс тока ограничивается но амилнтуде, сокрап1ается его длительность и обеспечивается установление тока спустя

несколько десятков наносекунд на уровне, соогветствую1цем статическому значению тока, протекающего через транзистор 7.

Таким образом, в резисторе 8 формируется имиулье переходного тока, форма и

параметры которого адаптивно зависят от характера искажений выходного сигнала иод действием внеп(ней нагрузки. Сигнал на резисторе 8 усиливается транзистором 1, что обеснечивает корректирующее действие

до уменьшения с-игнала рассогласован-ня AL/.

Описанный механизм действия сохраняет с1К)ю эффективноеть нри изменении питающих напряжений, а еледовательно, и диапазона выходного сигнала в широких пределах.

Ф о р м л а изобретен н я

Согласукяций уснлитель, иреимущественно для сопряжения логического и ключевого устройств, соде эжаи1,нй усилительную

пару транзисторов, выходы которых шунтированы базоколлекторным переходом служащего дпнамической нагрузкой биполярного транзистора, соединенного евоим коллектором со входом оконечного повторителя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения динамичеекого диапазона и быстродейетвия, в него введен резистивный усилитель на бииолярном транзисторе, коллектор н эмиттер которого еоединены с

нетоками первого н второго транзисторов

усилительной пары, затвор первого из которых соединен с резистором, через который к источнику питания подключен оконечный повторитель, выполненный на каскодно включенных биполярном и полевом транзисторах с соединенными базовой и затвором, причем источник входного сигнала включен между затвором второго полевого транзистора усилительной пары и базой транзистора резистивного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Е. А. Чернявский и др. Некоторые вопросы построения аналоговых коммутаторов в виде, пригодном для гибридно-пленочного исполнения. В кн.: Коммутация и преобразование малых сигналов. Л., 1972, с. 32-35.

2.Linear integrated cirait, D. A. Т. A. Book, Spring 1970-1973.