Дифференциальный усилитель Советский патент 1980 года по МПК H03F3/45 

.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в операционных усилителях, компараторах и других устройствах автоматики, телемеханики и вычислительной техники.;

Известный дифференциальный усилитель содержит первый и второй последовательно включенные дифференциальные каскаДы и три генератора тока, два из которых включены соответственно в коллекторную и эмиттерную цепи транзисторов первого дифференциального каскада, а третий через резистор соединен с эмиттерной цепью транзисторов второго дифференциального каскада, а также транзистор обратной связи, база которого соединена с эмиттерной цепью тран.зисторов первого дифференциального каскада 1.

Однако известный дифференциальный усилитель характеризуется узким динамическим диапазоном.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона усилителя.

Для этого в дифференциальном усилит теле; содержащем первый и второй дифференциальные каскады и три генератора тока, два из которых включены соответственно

В коллекторную и эмиттерную цепи транзисторов первого дифференциального кас;када, а третий через резистор соединен с эмиттерной цепью транзисторов второго дифференциального каскада, а также транзистор обратной связи, база которого соединена с эмиттерной цепью транзисторов первого дифференциального каскада, коллектор транзистора обратной связи подключен к управляющему Входу одного из генераторов тока первого дифференциального каскада, а эмиттер - к,точке соединения резистора и треть10его генератора тока второго дифференциального каскада. /

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предложенного усилителя.

15

Усилитель содержит первый дифференциальнный каскад на транзисторах I, 2, второй дифференциальный каскад на транзисторах 3, 4. В эмиттерных цепях входных транзисторов 1, 2 и выходных транзисторов 3, 4 включены генераторы 5, 6 тока.

20 Коллекторные резисторы 7, 8 и 9, 10 первого и второго дифференциальных каскадов соединены с генератором 1I тока, выполненным на транзисторе 12. Эмиттер транзистора

-12 подключен к источнику питания непосредственно, а база - через резистор 13. Общая точка эмиттеров транзисторов 1, 2 соединена с базой управляющего транзистора 14 обратной связи, а объединенные эмиттеры транзисторов 3, 4 подключены к эмиттеру транзистора 14 и генератору тока 6 через резистор 15 и диод 16.

Коллектор управляющего транзистора 14 связан с,базой транзистора 12 через вспомогательный транзистор 17, база которого присоединена к выходу генератора 11 - коллектору транзистора 12. Эмиттер транзистора 14 соединен с выходом генератора/ I через конденсатор 18.

Входные сигналы подаются на базы транзисторов 1, 2, а между коллекторами транзисторов 3, 4 подключается нагрузка.дифференциального усилителя.

Усилитель работает следующим образом.

Напряжение коллектор-база транзисторов I, 2 устанавливается автоматически за счет стабилизирующего действия глубокой обратной связи по синфазному сигналу и равно падению напряжения на резисторе 15. Ток через резистор 15 определяется разностью выходного тока генератора 6 и эмиттерного тока транзистора 14, который не изменяется в широким диапазоне изменения синфазного сигнала и может быть выбран, намного меньще выходного тока генератора 6. Таким образом, рабочая точка входных транзисторов устанавливается соответствующим выбором номинала резистора 15.

При положительном смещении входного сигнала напряжение на базе транзистора 14 становится более положительным относительно эмиттера. Это вызывасет увеличение коллекторного тока транзистора 14 и уменьщение напряжений коллекто| -эмиттер транзистора 12. Потенциал эмиттера транзистора 14 также получает пр Гращение напряжения, равное приращению напряжения синфазного напряжения на входе дифференциального усилителя, и дальнейщнй рост коллекторного тока транзистора 14 прекращается. Установивщаяся разность напряжений эмиттер-база транзистора 14 незначительно отличается от своей первоначальной величины вследствие того, что эмиттерный ток транзистора 14 поддерживается постоянным за счет стабилизирующего действия глубокой отрицательной обратной связи по синфазному сигналу. Таким образом, падение напряжения на резисторе 15 и, следовательно, напряжение коллекторбаза транзисторов 1, 2 остаются постоянными в щироком диапазоне изменения входного синфазного сигнала, что обусловливает высокие значения коэффициента подавления синфазных сигналов. .

При отрицательной полярности входного синфазного напряжения дифференциальный усилитель работает аналогичным образом.

за исключением того, что приращение синфазного сигнала вызывает не уменьщение, а увеличение коллекторного напряжения:- -транзистора 12.

Эмиттер транзистора 12 генератора 11

тока может быть подключен к источнику питания непосредственно. Это расщиряет диапазон допустимых синфазных напряжений на входе дифференциального усилителя. Дальнейщее увеличение коэффициента подавления синфазных сигналов связано

0 с увеличением выходного сопротивления генератора 5 тока в эмиттерной цепи транзисторов 1, 2.

Для устранения щунтирующего действия

входного сопротивления транзистора 14

коллектор транзистора 14 связан с эмиттером вспомогательного транзистора 17. Такое соединение обеспечивает увеличение суммарного сопротивления в эмиттерной цепи транзисторов 1,2.

Напряжение между эмиттером и базой

Q транзистора 12 лежит в пределах 0,5-0,7 В. Это дает возможность выбирать эмиттерный ток транзистора 14 в диапазоне от единицы до десятков микроампер даже при наличии ограничений на номиналы резисторов. Таким образом, обеспечиваются низкие уровни

S тока базы транзистора 14 (/ /э/П + Bc«) 10-т-100 нА, где fitn,- статический коэффициент усиления потоку транзистора 14 в микроре йиме). Низкие уровни тока базы транзистора 14 позволяют обеспечить стабильную работу транзисторов 1 и 2 при эмиттерных токах /д - 1 10 мкА.

Для уменьшения температурной погрешности цепи слежения, Вследствие температурной зависимости напряжения эмиттербаза транзистора 14, последовательно с резистором 15 в эмиттерной цепи выходных транзисторов 3, 4 включен диод 16, смещенный в прямом направлении. Включение диода 16 значительно снижает температурную нестабильность напряжения коллектор-баз а входных транзисторов I и 2, что также

уменьшает температурную нестабильность напряжения смещения нуля дифференциального усилителя. Таким образом, предложенный усилитель имеет повыщенную температурную стабильность координат рабочей

, точки входных транзисторов.

Значительное увеличение скорости нарастания выходного напряжения может быть достигнуто за счет изменения тока генератора 5 по определенному закону.

0 Увеличение тока генератора 5 приводи к уменьщению напряжения коллектор-база входных транзисторов 1, 2, что вызывает синфазный сдвиг напряжения на выходе генератора 6, увеличение коллекторного тока транзистора 14 и уменьшение напряжения коллектор-эмиттер транзистора 12. В результате йапряжение коллектор-эмиттер транзисторов 1 и 2 практически не изменяетсд Это обеспечивает надежную работу