Устройство с выходной вольт-амперной характеристикой -типа Советский патент 1980 года по МПК H03F3/18 

1

Изобретение относится к радиоэлектронной промышленности, в частности к устройствам с регулируемой вольт-амперной характеристикой, которые могут быть нспопьзобаны в качестве активного эпемента в усилителях, устройствах импульсной техники, а также в стабилизаторах напряжения.

Известны устройства с выходной вольт-амперной характеристикой S -типа, содержащие два транзистора разного типа проводимости с коплекторно-базовыми связями

Обшим недостатком известных уст.ройств является ограниченный диапазон регулирования параметров выходной вбльт амперной характеристики.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство с выходной вольт-амперной характеристикой 3 -типа, которое также содержит два транзистора разного типа проводимости с коллекторными резисторами, подключенные между двумя

; шинами питания, охваченныеколлекторнобазовыми резисторными связями, и резистор между одной из шин питания и соответствующим полюсом источника питания 3j,

Возможность регулирования параметров выходной вольт-амперной характеристики в этом устройстве ограничена, так как напряжение включения определяется напряжением пробоя транзисторов, а напряжение вьпшючения - напряжениями на переходах транзисторов в режиме насыщения, и оба эти параметра слабо зависят от сопротивления резисторов. Изменения параметров элементов этого устройства не позволяет осуществить параллельный сдвиг выходной вольтамперной характеристики вдоль оси напряжений.

20

Цель изобретения - получение параллельного сдвига выходной вольт-амперной характеристики вдоль оси напряже- . ния.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство с выходной вопьт-амперной характеристикой 5 -типа, содержащее два транзистора разного типа проводимости с коллекторными ре;зисторами, подключенные между двумя шинами питания, охваченные коллекторно-базовыми резистивными цепями связи, и резистор, включенный между одной из шин питания и соответствующим полюсом источника питания, между базами транзисторов введен управляемый дополнительный транзистор, эмиттер которого соединен с базой транзистора того же типа проводимости, а коллектор - с базой транзистора другого типа проводи-, мости.

с целью расширения функциональных возможностей, в устройство могут быть введены два дополнительных транзистора разного типа проводимости и резистор, подключенный между коллекторами дополнительных транзисторов, причем эмиттеры последних соединены с соответствующими шинами питания.

Вместе с -тем, с целью noJ y4eния симметричного относительно полюсов источника питания выхода, вторая шина питания может быть под1шючена ко второму полюсу источника питания через резистор.

На фиг. 1 изображена схема устройсва с выходной вольт-амперной характеристикой v5 -типа, с включенным допонительным транзистором; на фиг. 2 то же, с двумя дополнительными транзисторами и резистором, в1Ц1юченным между их коллекторами; на фиг. 3 - то же, с резистором, В1шюченным между второй шиной питания и вторым полюсом источника питания; на фиг. 4 приведены вольт-амперные характеристики устройства, поясняющие их формирование и параллельный сдвиг;. на фиг. 5 вольт-амперные характеристики, соответствующие отрицательному, положительному и нулевому выходному динамическому сопротивлению устройства.

Устройство (см. фиг. 1) содержит два транзистора 1 и 1 а разного типа проводимости с коллекторными резисторами 2 и 2 а, подключенные между двумя шинами 3 и 4 питания, резисторы 5 и 5а коллекторно-базовых цепей связи и резистор 6 между шиной 3 питания и соответствующим полюсом источника питания 7, дополнительный транзистор 8, подключенный между базами транзисторов 1 и 1 а.

Устройство, изображенное на фиг. 2, содержит дополнительные транзисторы

8 и 9 разного типа проводимости и резистор 10, подключенный между коллекторами дополнительных транзисторов 8 и 9. При этом эмиттеры дополнительных транзисторов 8 и 9 соединены с соответствующими шинами 3 и 4 питания.

В устройстве, представленном на фиг. 3, вторая шина 4 питания подключена к второму полюсу источника 11 питания через резистор 12.

Устройство работает следующим образом.

Увеличение напряжения источника пи- , тания вызывает увеличение напряжения flM между шинами 3 и 4 питания,- Однако при малых напряжениях , все транзисторы устройства заперты. Дальнейшее увеличение напряжения источника питания и напряжения д; вызывает от-крывание дополнительного транзистора 8,

Транзисторы 1, 1 а откроются, когда напряжение на резисторах 2, 2а и S, 5а, обусловленное током дополнительного транзистора 8, превысит напряжен1 е открывания переходов транзисторов 1, 1а.

Открывание транзисторов 1, 1а приводит к увеличению тока -/ устройства, что вызьшает первый перегиб 13 его вольтамперной характеристики. Степень увеличения тока -/ по мере увеличения

напряжения источника питанияопределяется соотношением между сопротивлениями коллекторных резисторов 2,2а и резис- , торов 5, 5а цепи положительной обратной связи. Линейному режиму транзисторов 1, 1а соответствует второй участок 14 вольт-амперной характеристики устройства. Этот участок характеризуется высокой линейностью зависимости тока устройства от напряжения-// на

.. шинах 3 и 4 питания,

Динамическое выходное сопротивление устройСТва, соответствующее второму участку вольт-амперной характеристики, может быть отрицательным, положительным и в частном-еяуча -нулевым (см. фиг. 5). Это зависит от соотношения сопротивлений резисторов 2,2а и 5,5 а.

Дальнейшее увеличение тока устройства при возрастании напряжения питания обусловлено, в основном, увеличением коллекторных токов транзисторов 1, 1а. Когда напряжение на коллекторных резисторах 2, 2 а достигает напряжения 57 на переходах база-эмиттер транзисторов 1, 1а последние переходят в режим насыщения. Переходу транзисторов 1, 1а в режим насышения соответствует второй перегиб 15 вольт-амперной характеристики, а режиму насыщения транзисторов 1, la - третий участок 16 вольт-амперной характеристики и положительное выходное динамическое сопротивление, величина которого приблизительно равна сопротивлению параллельной цепи из двух коллек, торных резисторов 2, 2 а. Увеличение входного тока дополнитель ного транзистора 8 приводит к увеличению его коллекторного TOKia, протекающего через резисторы 2, 2а и 5, 5 а. Это вызывает открывание транзисторов 1, 1 а и перегиб вольт-амперной характеристики устройства при меньшем напряжении на шинах 3 и 4 питания. Увеличение входного тока дополнительного транзистора 8 незначительно изменяет его динамическое выходное сопротивление. Это приводит к тому, что соотношение между положительной и отрицательной обратными связями в устройстве с выходной вольт-амперной характеристикой 5 -типа почти не зависит от входного тока дополнительного транзистора 8. Динамическое выходное сопротивление предлагаемого устройства, соответствующее второму участку его выходной вольт-амперной характеристики -типа, также почти не изменяется при изменении входного тока дополнительного транзистора 8, тем самым обеспечивается параллельный сдвиг вдоль оси напряжений выходной вольт-амперной характеристики о-типа предлагаемого устройства. Включение второго дополнительного транзистора 9 и резистора 1О между коллекторами дополнительных транзистогров 8 и 9 позволяет осуществлять параллельный сдвиг выходной вольт-амперной характеристики устройства изменением входных токов любого из двух дополнительных транзисторов. Входные токи указанных транзисторов могут изменяться одновременно, если входные токи при этом имеют проти- воположные направления, ах действие приводит к увеличению параллельного сдвига выходных вольт-амперных, характеристик предлагаемого устройства. Если вторая шина 4 питания подключена к второму полюсу источника 11 питания через резистор 12 (фиг. 3), выходное напряжение между 3 и 4 шинами питания становится симметричным отно- , 146 сительно псшюсов источников 7 и 11 питания.i Таким образом, предлагаемое устройство выгодно отличается от известJ i возможностью параллельного сдвига выходных вольт-амперных характеристик вдоль оси напряжений изменением управляющего тока - iu . Кроме того, устройство обладает возможностью получения отрицательного, положительного и нулевого динамического выходного сопротиаления и изменения параметров вькодных вольт-амперных характеристик в широких пределах. Указанные преимущества позволяют использовать его не только в традиционных для устройств с вольт-амперной характеристикой 5 -типа пороговых, ключевых и импульсных устройствах, но и в усилительной технике и стабилизатоpax напряжения. Схематические решения для различных устройств в большинстве практических случаев оказываются одинаковыми или близкими, что открьшает большую возможность для унификации узлов радиоэлектронной аппаратуры. Различные радиоэлектронные устройства, по строенные на базе предлагаемого устройства, имеют определенные преимущества перед известными. в усилителях на предлагаемых устройствах возможно увеличение коэффициента усиления за счет совместного использования отрицательного выходного динa raчecкoгo сопротивления и параплельного сдвига выходных вольг-ампеу ных характеристик вдоль оси напря се1гай. Коэффициент усиления таких усилителей р /г к, к. /.Э //() коэффициент усиления. обусловленный отрицательным динамическим выходным сопротивлением R 9 и сопротивлением резистора / , включенного между шиной питания и полюсом источника питания, StCi&Щк/1 /и коэффициент усиления, обусловленный параллельным сдвигом вольт-амперной характеристики (при входном сигнале и ti соответствующем ему измене р -лИ) предлагаемого устройства. Усилители, построенные на предлагаемых устройствах, обладают близким к нулю выходным сопротивлением, У таки.х усилителей остаются неиэменными коэффициент усиления и вьяодгное напряжение при изменении напряжесопротивпения источника питания и ния нагрузки в некоторых допустимых пределах. Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения, выполненные на предлагаемом устройстве с близким к нулю выходным динамическим сопротивлением, обладают малым выходным сопротивлением и большим коэффициентом стабилизации, просты и надежны в работе, не требуют зашиты от перегрузок по току. Преимуществом таких па раметрически-х стабилизаторов является также возможность регулирования выход ного напряжения и компенсации изменений выходного напряжения. Пороговые устройства, построенньхе на предлагаемом устройстве просты и обладают малым гистерезисом, который обычно не превышает единиц мВ. Это объясняется тем, что при совместном испопьзовании отрицательного сопротивления и параллельного сдвига вольтамперньк характеристик вдоль оси напряжений управляющим сигналом предла гаемое устройство обладает больюлим коэффициентом усиления по напряжению, который достигает нескольких тысяч. Введение второго дополнительного транзистора и резистора между коллекторами дополнительных транзисторов в предлагаемое устройство позволяет использовать двойное управление, что еще более расширяет область его использования. В частности, оказывается возможным построение на нем дифференциальных усилителей. Подключение второй шины питания к второму полюсу источника питания позв ляет получать выход, симметричный от сительно полюсов источника питания, без использования дополнительным устройств. Формула- изобретени 1. Устройство с выходной вольт-ам перной характеристикой 5 -типа, содер 48 жащее два транзистора разного типа проводимости с резисторами в коллекторных цепях, включенные между двумя шинами питания, коллектррно-базовые резистивные цепи связи и резистор между одной из шин питания и соответствующим полюсом источника питания, о т л ичающеес я тем, что, с целью получения параллельного сдвига вьсходной вольт-амперной характеристики, между базами транзисторов введен управляемый дополнительный транзистор, эмиттер которого соединен с базой транзистора того же типа проводимости, а коллектор с базой транзистора другого типа проводимости. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей, введены два дополнительных транзистора разного типа проводимости и резистор, подключенный между коллекторами дополнительных транзисторов, причем эмиттеры последних соединены с соответствую- щими шинами питания. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л ичающееся тем, что, с целью получения симметричного относительно полюсов источника питания выхода, вторая шина питания подключена к второму полюсу источника питания через резистор. Приоритет по п. 2 04.05.73 Приоритет поп, 3 О3.08.73 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Чжоу В. Ф. Принципы построения схем на туннельных диодах, М., Мир, 1966, с. 93-95. 2. fefif onic r, 1969, № 7. 3.Будинский Я. Транзисторные переключающие схемы М., Связь,, 1965, с. 359, рис. 266 (прототип).

абл.

ивлл

U. Boix.

Фиг.1,

абых.

Vur. 2

Фиг. 4.

Фуг.5.

и (дм, в