Двухтактный усилитель

 

ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, со|держа{чий последовательно соединенные входной транзивтор, вклоченньй по схеме с общим эмиттером, нагрузкой которого является, генератор стаёйлЪиого тока, предвыходной каскад на первом и втором транзисторах, базы которых соединены между собой через . цепь смещения, включенную между кол лектора входного транзистора и гёнере )тором Стабильного тока, коллекторы первого и второго транзисторов через Иеройй и второй токозадающиё элементы соединены с соответствующйми шинами источника питания и выходной каскад на третьем и четвертом транзисторах, вК1те)ченных по схеме с общим эмиттером, базы которых подключены к коллекторам соответственно первого и второго транзисторов , а коллекторы через соответственно первый и второй резисторы к нагрузке, причем первый и четвёртый транзисторы имеют тип проводимости , противоположный типу проводимости второго и третьего транзисторов , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью стабилизации тока покоя , эмиттеры первого и второготранзисторов объединены и подключены к нагрузке, цепь смещения выполнена на первсмч и втором дополнительных транзисторах, причем база перво , дополнительного транзистора через первый дополнительный резистор подКлючена к коллектору третьего транзистора , база второго дополнительного транзистора через второй дополнительный резистор подк/яочена к коллектору четвертого транзистора, коллектор первого и эмиттер вто0ого до:Полнитель «11Х транзисторов соединены с базой первого транзистора,.а коллектор второго и эмиттер первого дополнительных транзисторов - с базой второго транзистора, прИ этом первый и второй дополнительные трандисторы имеют тип проводимости, совпадающий с .типом проводимости соответственно первого и второго транзисторов .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ае си>

g :Н 03 F 3/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3360290/18-09 (22) 20. 11. 81 (46) 30.0 .83..Бюл. И 20 (72) B.ß.Грощев (71) -Научно-исследовательский институт электронной интроскопйи при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного

Знамени политехническом институте им. C.È.Kèðîee (53) 621.375.026(088 8) (56) 1. 11атент США И 421 318, кл. Н 03.F 3/2.1, 1980.

2. Заявка Японии 11 54-18904, Kh. H- 03 F 3/20, .1979,(прототип). .(54)(Я) ДВУХТАКТНцй УСИЛИТЕЛЬ, со держащйй последовательно соединен" ные входной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, нагрузкой которого является,. генератор .стабильного тока, предвыходной каскад на первом и втором транзисторах, базы

: которых соединены между собой через цепь смещения, включенную между кол-: лектором входного транзистора и генератором Мабильного тока, коллекторы nepiet o и второго транзисторов через первый и второй токозадающие элементы соединены с соответствую-. щими щинамй источника питания и . выходной каскад на третьем и чет.вертом транзисторах, включенных по

:схеме с общим эмиттером, базы которых подключены к коллекторам соот" ветственно nepaoro и второго транзис. торов, а коллекторы через соответ-. ственно первый и второй резисторык нагрузке, причем первый и четвер- " тый транзисторы имеют тип проводимости, противоположный типу проводимости второго и третьего транзисторов, отличающийся тем, что, с целью стабилизации тока покоя, эмиттеры первого и второготранзистаров объединены и подключены к нагрузке, цепь смещения выполнена на первом и втором дополнительных транзисторах, причем база перво о дополнительного транзистора через ф первый дополнительный резистор под- ключена к коллектору третьего тран:зистора, база второго дополнительно-: го транзистора. через второй дополнительный резистор подключена к коллектору четвертого транзистора, кол-. лектор первого и эмиттер второго до:полнительных транзисторов соединены

:с базой первого транзистора,.а кол:лектор второго и эмиттер первого

:.,дополнительных транзисторов - с базой второго транзистора,. при этом первый и второй дополнительные транзисторы имеют тип проводимости, сов,падающий с .типом проводимости соответственно первого и второго транзисторов.

3020975

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в качестве усилителей мощности для операционных и прочих усилителей.

Известен усилитель., в котором выходной каскад содержит лишь два эмиттерных повторителя. разного типа проводимости, эмиттеры которых че-: рез резисторы-датчики тока подключены к. нагрузке. Сигнал на усилитель подается от обычного однотактного каскада .на биполярном транзисторе с использованием в,качестве нагрузки источника тока, причем в разрыв между коллектором и нагрузкой включена цепь смещения оконечных эмиттерных повторителей, содержащая несколько диодных и резисторных элементов. Напряжение, образующееся на резисторах - датчиках тока, за счет протекания по ним тока покоя оконечных транзисторов сравнивается элементами сравнения q дифференци. альным входом (каждой для своего плеча ) с эталонным напряжением таким образом, что при возрастании тока покоя оконечного каскада шунтируется один из резисторных элементов цепи смещения, благодаря чему уменьшается напряжение смещения. Это обеспечивает относительное постоянство начального режима усилителя мощности fl ).

Недостатком усилителя является использование в качестве усилительного элемента дифференциального усилителя, обладающего низкой крутизной при малых значениях тока эмиттеров, что привело к необходимости использования дополнительных каскадов для усиления сигнала нестабильности, при этом увеличение усиления в петле стабилизации может сопровождаться неустойчивостью.

Точность стабилизации при малом, но устойчивом коэффициенте усиления, можно повысить, увеличивая сопротивление резисторов - датчиков тока,однако в этом случае ухудшается коэффициент использования напряжения питания.

Многочисленные цепи токового смещения, а также необходимость компенсации опорных напряжений за счет протекания, тока покоя по резисторамдатчикам тока делают цепь неэкономичной, а большое количество активных и пассивных элементов увеличивает себестоимость устройства..

50 Кроме того, даже при использовании согласованных элементов устройствотребует начальной подстройки режима для обеспечения максимальной линейности выходной характеристики из-за

55 неопределенности тока покоя ВыхОдных транзисторов от других параметров схемы.

Цель изобретения - стабилизация тока покоя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухтактный усилитель, содержащий последовательно соединенные входной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, нагрузкой которого является генератор стабильного тока, предвыходной каскад на первом и втором транзисторах, базы которых соединены между собой через цепь смещения, включенную между коллектором входного транзистора и генератором стабильного тока, коллекторы первого и второго транзисторов через первый и второй токозадающие зле= менты соединены с соответствующими шинами источника питания и выходной каскад на третьем и четвертом транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером, базы которых подключены к коллекторам соответственно первого и второго транзисторов, а коллекторы через соответственно первый и второй резисторы к нагрузке, причем первый и четвертый транзисторы имеют тип проводимости, противоположный типу проводимости второго и третьего транзисторов Г2Д.

Коэффициент стабилизации тока по коя в таком двухтактном усилителе очень мал и может, быть увеличен только лишь увеличением резисторовдатчиков тока, а это ухудшает коэффициент использования напряжения питания, недостаточно высокий из-за включения двух прямосмещенных р-й-переходов последовательно с нагрузкой.

В общем случае подобное устройство дает незначительный выигрыш в стабильности по сравнению с устройством такого же .типа без обратной связи по току покоя, однако во втором случае коэффициент использования йапряжений питания может быть сделан более высоким за счет использования в цепи смещения всего двух диодов.

10209

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном усилителе, содержащем последовательно соединенные входной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, нагруз- . кой которого является генератор стабильного тока, пердвыходной каскад на первом и втором транзисторах, базы .которых соединены между собой через цепь смещения, включенную 3О между коллектором входного транзистора и генератором стабильного тока, коллекторы первого и второго транзисторов через первый и второй токозадающйе элементы соединены с соответствующими шинами источника пи. тания и выходной каскад на третьем и четвертом транзисторах, включенных по схеме с общим:эмиттером, базы которых подключены к коллекто- 20 раж соответственно первого и второго транзисторов, а коллекторы через соответственно первый и второй.резис" торы - к нагрузке, причем первый и четвертый транзисторы имеют тип проводимооти, противоположный типу проводимости второго и третьего транзистора, . эмиттеры первого и второго транзисторов объединены и подключены к нагрузке, цепь сме.щения выполнена на первом и втором дополнительных транзисторах,причем база дополнительных транзисторов через первый дополнительный резистор подключена к коллектору третьего транзистора, база второго дополнительного транзистора через второй дополнительный:резистор подключена к коллектору четвертого транзистора, коллектор первого и эмиттер второго дополнительных транзисторов соединены с базой первого транзистора, а коллектор второго и эмиттер- первого дополнительных транзисторов - с базой второго транзистора при этой пер- 45 вый и второй дополнительные транзисторы имеют тип проводимости, совпадающий с типом проводимости соответственно первого и второго транзисторов, На чертеже представлена принципиальная электрическая схема двухтактного усилителя.

Двухтактный усилитель содержит входной транзистор 1, первый, второй, третий и четвертый транзисторы 2-5, первый и второй дополнительwe транзисторы 6 и 7, генератор 8 стабильного тока, первый и второй

75 4 токоэадающие элементы 9 и 10, первый и второй резисторы 11 и 12 первый и второй дополнительные резисторы

13 и 14, нагрузку 15.

Двухтактный усилитель работает следующим образом.

Будем считать, что токи баз транзисторов равны нулю, первый транзистор 2, первый дополнительный транзистор 6 и второй транзистор 3, второй дополнительный транзистор 7 согласованы, а площади их эмиттеров равны.

Тогда при.отсутствии напряжения на первом и втором резисторах 11 и

12 коллекторные loKH всех четырех транзисторов будут равны половине тока, поступающего от генератора 8 стабильного тока..

При токе, отводимом первым и вторым токозадающими элементами 9 и 10„ равном половине тока, отдаваемого генератором 8 стабильного тока, теоретически ток коллектороа третьего и четвертого транзистороа 4 и 5.равен нулю, а практически он может принимать любые значения от нуля до некоторого максимального значения,определяемого степенью разброса параметроа первого и первого дополнительного транзисторов 2,6 и второго и второго дополнительного транзистороа 3,7 и точностью задания токов первого и второго токозадающих элементов 9,10 и генератора 8 стабильного тока, Для ограничения этого тока служит цепь обратной. связи по току покоя, сигнал ошибки которой снимается с первого и второго резисторов 11 и 12.

Из-за отсутствия внутренней обрат" ной связи, характерной для дифференциального каскада, подобная схема включения первого и второго дополнительных транзисторов 6 и 7 позволяет использовать их с крутизной, соответствующей включению по схеме с общим эмиттером, вследствие чего падение напряжения на первом и втором резисторах 11 и 12 в худшем случае для установившегося режима примерно равно разбросу прямых напряжений на базоэмиттерных переходах согласованных первом и первом дополнительном транзисторах согласованных первом и пер- . вом дополнительном транзисторах 2,6 и второго и второго дополнительного транзисторов 3 и 7 который при своевременной интегральной технологии. составляет единицы милливольт.

5 10

Это свойство позволяет при очень малых токах покоя оконечного каскада устанавливать очень малые величины первого и второго резисторов 11 и

12 (единицы и доли Ома ), что, естественно, положительно отражается на коэффициенте полезного действия уст" ройства.

Однако поскольку максимальный ток покоя, ограничиваемый схемой, определяется разбросом прямых напряжений согласованных р-В-переходов и величиной первого и второго резисторов 11 и 12, то уменьшение этих ре" зисторов не приводит к ухудшению качества стабилизации, а способствует лишь увеличению значения тока покоя, при котором наступает его ограничение. Это определяет высокую термостабильность предлагаемого устройства, понимаемую как точность поддержания уровня этого ограничения.

При наличии сигнала, когда в коллекторной цепи входного транзистора .

1 появляется прирост тока какоголибо знака, этото прирост целиком втекает s одну из баз первого и вто- рого транзисторов 2 и 3, так как обратная связь по току в данном случае не является i обратной связью для сигнала, а, наоборот, способствует быстрому запиранию нерабо" тающего плеча, Поскольку сигнал между каскадами передается в виде тока, а биполярный транзистор является линейным устройством.для такового сигнала, то результирующая выходная характеристика устройства весьма близка к линейной. Необходимость включения первого и второго дополнительных резисторов 13 и 14вызва" на тем, что при работе с сигналом базо-эмиттерные переходы первого и второго транзисторов 2 и 3 шунтируются соответственно такими же переходами первого и второго дополнительных транзисторов 6 и 7, что существенно снижает общий коэффициент усиления усилителя по току.

Установка первого и второго дополнительных резисторов 1) и 14,. величина которых составляет сотни

Ом не.:вносит значительного сдвига за счет протекания базового тока первого и второго дополнительных транзисторов 6 и 7, однако при подаче сигнала, когда шунтирующий

20975 6 транзистор переводится в неактивное состояние, этот резистор достаточно велик для того, чтобы практичес - . ки полностью. устранить шунтирующее действие базо"эмиттерных переходов первого и второго дополнительных транзисторов 6 и 7, Аналогичные параметры могут быть получены в двухтактном усилителе, в котором элементами, отбирающими, ток, являются резисторы, установленные вместо первого и второго токозадающих элементов 9 и 10.

В этом случае величина коллекторного тока первого и второго транзис1 ров 2 и 3 определяется как частное от деления прямого падения напряжения на безо-эмиттерных переходах третьего и четвертого транзисторов 4.и 5 в режиме покоя на велич ину токоотводящих резисторов. Этот ток должен составлять половину от значения тока, отдаваемого генератором 8 стабильного тока, при этом схема становится эквивалентной варианту с. токостабилизаторами s качестве элементов, отводящих ток.

Однако при смене температурного режима в сторону повышения температуры изменяется прямое падение на базах третьего и четвертого транзисторов 4 и 5, вследствие чего возможны достаточно сильные, хотя и контролируемые, отклонения тока покоя

s сторону увеличения от значения при нормальной температуре.

Для устранения этого эффекта резисторы, отводящие ток, должны иметь одинаковый TKH с базо-эмиттерными переходами или должен пропорционально уменьшаться ток, задаваемый генератором 8 стабильного тока, что легко выполняется при использовании интегральной технологии.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения стабилизации тока покоя двухтактного усилителя позволяет обеспечить высо кую стабильностЬ режима по постоянному току в широком температурном диапазоне при минимальном токе покоя, высокой линейности выходной характе" ристики, а также позволяет однознач но задать режим двухтактного усилителя без использования элементов подстройки режима.

Коэффицент усиления по току может быть увеличен добавлением выходных эмиттерных повторителей с контролем

Составитель И. Водяхина

Редактор А. Мотыль Техред Я. Пекарь-. Корректор А. Повх

Заказ 3915/49 Тираж 93б - Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 Е0209 тока покоя предлагаемым методом при сохранении других параметров схемы.

Нелинейность усилителя без цепей общей отрицательной обратной связи не превышает. нескольких процентов, à з коэффициент использования напряжения питания аостаточно высок.-К достоинствам предлагаемого устройства следует отнести также то, что по своей конфигурации оно легко 1В реализуется методами интегральной технологии, в том числе при использовании мощных навесных транзисторов поскольку тепловая связь между выходными транзисторами и другими эле- 13 ментами этого устройства необязательна, а при серийном выпуске легко обеспечить хорошую повторяемость параметров устройства.

Высокая термостабильность предла- в гаемого устройства позволяет работать при более высоких температурах приборов без опасности возникновения аварийного режима, что, в конечном итоге, приводит к возможности умень-. шения охлаждающих элементов и уменьшению объема устройств в целом.

Высокая линейность и устойчивость устройства позволяет использовать предварительные усилители с минимально необходимым коэффициентом усиления путем уменьшения глубины СОС, улучшать динамические свойства усилителей, использующих. оконечный предлагаемый каскад.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа и других устройств этого класса тем, что по экономичности оно приближается к усилителям класса В, по линейностик усилителям класса А, а по термостабильности - к классу.интегральных схем, использующих принцип согла-ванности элементов.