Усилитель тока

 

.УСИЛИТЕЛЬ ТОКА, содержащий первый, второй и третий транзисторы одной структуры, причем эмиттер первого .транзистора соединен с общей шиной, а его база и коллектор включены параллельно соответственно эмиттеру и базе второго транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной источника питания, с которой также соединены первый вывод резистора нагрузки и первый вывод первого .стабилизатора тока, второй вывод которого соединен с базами второго и третьего транзисторов, эмиттеры которых через соответственно второй и.третий стабилизаторы тока соединены с второй шиной источника питания, отличающийся тем,что,с целью уменьшения частотных искажений и потребляемой мощности,между общей шиной и-эмиттером третьего транзистора включен конденсатор, а коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом резистора нагрузки.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Ц9) (И) 359 Н 03 F 3 45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCMOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3447841/18-09 (22) 28.05,82 (46) 07.04.84. Бюл. М 13 (72) А.A.Äåìèí (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт (53) 621.375.024(088.8) (56) 1. Аналоговые интегральные схемы. Под ред. Дж.Коннели. N. Мир, 1977, с.79,фиг.3.10б.

2. Заявка Франции )) 2234697, кл. Н 03 F 3/04, опублик, 1975 (прототип) . (54)(57) .УСИЛИТЕЛЬ ТОКА, содержащий первый, второй и третий транзисторы одной структуры, причем эмиттер пер- вого.транзистора соединен с общей шиной, а его база и коллектор включены параллельно соответственно эмиттеру и базе второго транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной источника питания, с которой также соединены первый вывод резистора нагрузки и первый вывод первого стабилизатора тока, второй вывод которого соединен с базами второго и третьего транзисторов, эмиттеры которых через соответственно второй и третий стабилизаторы тока соединены с второй шиной источника питания, отличающий с я тем,что,с целью уменьшения частотных искажений и потребляемойй мощности, между общей ши ной и эмиттером третьего транзистора включен конденсатор, а коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом резистора нагрузки.

1084961

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиотехнических системах различного назначения.

Известен усилитель тока, содержащий первый транзистор„ коллектор 5 которого является выходом усилителя, который через нагрузочный резистор, а его база — через первый источник постоянного тока подключены к положительной шине источника питания, второй транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, а его коллектор — к базе первого транзистора, источник входного тока, один .полюс которого соединен с общей шиной, а другой полюс через последовательно включенный первый конденсатор — с базой второго транзистора и его коллектором, а эмиттер первого транзистора подключен к общей шине 13.

Однако данное устройство имеет малый коэффициент усиления и большое входное сопротивление, равное сопротивлению прямосмещенного диода с небольшим током смещения, что затрудняет согласование усилителя с источ- 25 никами входных токовых сигналов, обладающими небольшой величиной внутреннего сопротивления. Кроме того, поскольку отношение эмиттерных площадей, составляющих устройство 30 транзисторов, невозможно изменять, то регулировака усиления в таком усилителе невозможна.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уси-35 литель тока, содержащий первый, второй и третий транзисторы одной структуры, причем эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной, а его база и коллектор включены параллельно соответственно эмиттеру и базе второго транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной источника питания,с которой также соединены первый вывод резистора нагрузки и первый вывод первого 45 стабилизатора тока, второй вывод которого соединен с базами второго и третьего транзисторов,змиттеры которых через соответственно второй и третий стабилизаторы тока соедине- 5Î ны с второй шиной источника питания

С2 ).

Однако известное устройство обладает частотными искажениями в области высоких частот, сравнительно 55 большим потреблением мощности, а также отсутствует возможность построения регулируемого усилителя тока.

Цель изобретения — уменьшение частотных искажений и потребляемой мощности.

Цель достигается тем, что в усилитель тока, содержащий первый, второй и третий транзисторы одной структуры, причем эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной, б5 а его база и коллектор включе ы параллельно соответственно эмиттеру и базе второго транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной источника питания, с которой также соединены первый вывод резистора, нагрузки и первый вывод первого стабилизатора тока, второй вывод которого соединен с базами второго и.третьего транзисторов, эмиттеры которых через соответственно второй и третии стабилизаторы тока соединены с второй шиной источника питаI ния,между общей шиной и эмиттером третьего транзистора включен конденсатор, а коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом резистора нагрузки. .На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема усилителя тока; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема усилителя тока с более высоким входным сопротивлением; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема усилителя тока, с более высоким коэффициентом усиления, вариант.

Усилитель тока (фиг. 1) содержит первый, второй и третий транзисторы

1 — 3, первый, второй, третий стабилизаторы 4 — б тока, конденсатор 7, резистор 8 нагрузки, первую и вторую шины 9 и 10 источника питания, источник 11 входного тока, разделительный конденсатор 12, вход 13 усилителя тока, точку соединения 14 коллектора первого и баз второго и третьего транзисторов 1 — 3.

Усилитель тока(фиг.2)содержит транзисторы 1.8и 16,стабилизаторы 17 и 18 тока,конденсаторы 19 и 20,резистор 21 нагрузки.,источник 22 входного тока.

Усилитель тока (фиг.3) содержит транзисторы 23 — 2!>, стабилизаторы

26 — 28 тока, конденсаторы 29 и 30, резистор 31 нагрузки, источник 32 входного тока.

Устройство работает следующим образом..

При отсутствии входного сигнала в нем текут режимные токи, в первом транзисторе 1 постоянный ток 1 О от первого стабилизатора 4 тока„ во втором и третьем транзисторах 2 и 3

1 ., „ 1в соответственно оТ второго и третьего стабилизаторов 5 и 6 тока. При этом режимное напряжение на входе 13 усилителя тока равно напряжению U g база †. эмиттер первого транзистора

1, а напряжение 0„ в точке соединения 14 равно

U„+ = UK> „+ (- 6 g (1) где 0 - — напряжение база — эмиттер второго транзистора 2, равное

ST i

10849б1 где 9 — тепловой потенциал; †..обратный ток насыщения эмитST2 терного перехода второго транзистора 2.

Напряжение база — эмиттер 0 э третьего транзистора 3 в режиме покоя 5 составляет )Ь,З= 9, Еп п() о2 тз гдеЗзтэ- обРатный ток насыщениЯ эмит- 10 терного перехода третьего транзистора 3.

При подаче сигнала переменного

ТоКВ is< оТ источника. 11 входного тока, он поступает через разделительный конденсатор 12 в эмиттерный переход второго транзистора 2, при этом падение напряжения на этом переходе0 становится равным

01 зх

LI = (р " " (4 юэ2 т 3 72 изменяясь относительно напряжения в режиме покоя на величину л0,1=

= U — (З э2, равную, согласно (4) и (2) 25

3 + i

„< О1 ВХ оэ2 т 3 о

При работе усилителя тока, ток в эмиттерном переходе первого транзистора 1 практически .неизменный, поскольку база второго и третьего транзисторов 2 и 3 потребляют лишь незначительную часть постоянного тока 1 первого стабилизатора 4 тока, задающего ток в первый транзистор 1. Поэтому напряжение U g>, между базой и эмиттером первого транзистора 1 неизменно, следова- 40 тельно, база этого транзистора, подсоединенная ко входу 13 усилителя тока, имеет при работе усилителя тока неизменный потенциал.

Вследствие этого эмиттер второго 45 транзистора 2, соединенный со входом

13 усилителя тока, при подаче входного сигнала остается также под постоянным потенциалом, поэтому вызванное входным током ia„èçìåíåíèå напряжения л(),zна эмиттерйом переходе второго транзистора 2 полностью передается в точку соединения 14, т;.е. на базу третьего транзистора 3.

Потенциал эмиттера третьего транзистора 3 не изменяется при прохождении переменного сигнала, так как он подключен к общей шине через конденсатор 7 большой емкости. Поэтому изменение напряжения 40 э2,поступившее на базу третьего транзис- 60 тора 3, целиком прикладывается к эмиттерному переходу третьего транзистора 3. Таким образом, напряжение ()@э на эмиттерном переходе третьего транзистора 3 при воздействии сигна- 65 лакэ„станет равным сумме постоянной составляющей и ээ, определяемой выра жением (3), и йеременной составляющейа0 ..определяемой выражением (5), и в итоге составляет: (ь1

Такое напряжениеО создает коллекторный ток 3 третьего транзистора 3, протекающйй в резистор 8 нагрузки и являющийся выходным сигналом усилителя тока, равный

"533 о2

В где слагаемое есть переменная 3о1 составляющая выходного тока усилителя тока.

Таким образом, входной сигнал тока 1 „линейно усиливается усилителем тока (фиг. 1) во всем диапазоне рабочих токов с коэффициентом усиления К, равным

02

К

3о1 (8)

В усилителе тока, как следует из (8), электронная регулировка усиления осуществляется путем изменения величин постоянных токов

3 „ и/или/Зо> второго и третьего стабилизаторов 5 и б тока соответственно.

Введение конденсатора 7 и включение резистора 8 нагрузки в. коллекторную цепь третьего транзистора 3 выгодно отличает данный усилитель тока от известного. Использование нового элемента и связей позволяет устранить необходимость осуществлять передачу сигнал на выход через дополнительный транзистор, включенныи по схеме с общим коллектором, обязательный в схеме прототипа для создания связи по постоянному току, устанавливающей режимный ток в его выходном транзисторе. Таким образом, введение конденсатора 7 устраняет связанные с дополнительным транзистором частотные искажения и избыточное потребление мощности в схеме усилителя тока.

Кроме того, создание связи по переменному току через введенный конденсатор 7 позволяет использовать в схеме усилителя тока (фиг.1) транзисторы, не согласованные по обратному току насыщения их эмиттерных переходов. Действительно, для правильной работы усилителя тока не требуется (как следует из приведенного анализа) равенства обратных

TOKOB Hackle HHs 7„, 3 7 z 3 7 э первого, второго, третьего транзисгоров 1 — 3 или их пропорциональности. Напротив, обратные токи насыщения любого из составляющих транзисторов могут

1084961

40 ,4S иметь произвольные значения. Вследствие этого в данном усилителе тока можно использовать весь имеющийся ассортимент дискретных транзисторов: одновременно приборы различных техно" логических. типов и даже из различного полупроводникового материала (например, германиевые и .кремневиевые)., оптимально поибирая тип транзистора.и его режимный ток в соответствии с особенностями применения предлагаемого усилителя тока в конкретной системе.

Известный усилитель требует обязательного использования транзисторов, согласованных по обратному току насыщения их эмиттерных переходов, т,е. одновременно изготовленных на одном кристалле, и лишен указанного преимущества данного усилителя тока, так как требует, по существу, обязательного использования технологии монолитных ИС. ..Кроме того, подача входного сигнала на вход 13 в предлагаемом усилителе тока позволяет обеспечить предельно малое входное сопротивление усилителя, т.е. получить свойство, отсутствующее у прототипа.

Действительно, как показано при анализе работы усилителя тока (фиг.1), в пренебрежении токами баз транзисторов .2 и 3, потенциал входа 13 не изменяется при прохождении входного .тока „, поэтому. входное сопротивление Чз при анализе первого порядка .бесконечно мало. Более точный анализ, учитывающий конечные токи без транзисторов, дает следующую оценку для Rq< (к,++«I, (з)

Р оо где Ч вЂ” тепловой потенциал;

Зц -. постоянный ток, задаваемый первым стабилизатором тока 4; коэффициент передачи тока базы второго и третьего тран зисторов 2 и 3;

К - коэффициент усиления усилиЭ теля тока по току.

Из-за частотной зависимости р на высоких .частотах происходит практически линейное увеличение модуля входного сопротивления (R>< ) с ростом частоты.

Так как на низких частотах R> имеет небольшую величину, то на высокой частоте входной импеданс усилителя тока (фиг.l) соответствует импедансу довольно высокодобротной индуктивности 2 „, величина которой регулируется путем изменения, например, постоянного тока 3 первого стабизатора 4 тока.

Отмеченная особенность позволяет использовать данный усилитель тока одновременно и для усиления и для частотной селекции сигналов, например,при совместной работе с фильтрами поверхностных акустических волн для подавления паразитных полос пропускания последних.

На фиг. 2 показан пример простейшего исполнения усилителя тока, подобного усилителю тока (фиг.l) °

Коэффициент усиления по току усилителя тока (фиг.2) также задается отношением постоянных токов стабилизаторов 17 и 18 тока. Такой усилитель тока проще и несколько экономичнее усилителя тока (фиг.l), однако он имеет величину входного сопротивления на 1,...,2 порядка выше, чем у усилителя тока (фиг.l) при равных коэффициентах усиления и равных режимных токах.

На фиг. 3 представлен усилитель тока (фиг.l) с повышенным коэффициентом усиления. В таком усилителе входной ток от источника 32 входного сигнала i поступающий в эмиттер транзистора 23, повторяется в его коллекторе и суммируется на выходе с коллекторным током транзистора 25. Следовательно, коэффициент усиления по току в усилителе тока (фиг.3) на единицу выше, чем у усилителя тока (фиг.l) при неизменных остальных параметрах усилителя тока °

1084961 " зим. num. num.

Составитель И. Водяхина

Редактор П.Коссей Техред И.Метелева Корректор А.Дзятко

Заказ 2034/52 Тираж 862 Подписное

BHHHIIH 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