Широкополосный усилитель тока

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - noBbiujeHHe точности компенсации АЧХ в широком диапазоне температур. Для достижения цели в устр-во введены источник 15 постоянного напряжения, датчик 16 температуры , блок 17 вычитания, делитель 18 напряжения , формирователь 19 напряжения смещения . Формирователь 19 выполнен на операционном усилителе 20, резистора.х 21 и 22, дополнительном управляющем генераторе 23 тока. В результате температурной стабилизации коэффициента усиления и полосы пропускания форма АЧХ щирокополосного усилителя тока сохраняется неизменной в щироком диапазоне температур. В случае использования датчика 16 температур с цифровым выходом функции источника 15 (элемент памяти), блока 17 вычитания и делителя 18 напряжения м. б. выполнены микропроцессорным контроллером. I з. п. ф-лы, I ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у 4 Н 03 F 1/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3999722/24-09 (22) 29.12.85 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (72) В. М. Немировский и Б. Н. Лисенков (53) 621.375.026 (088.8) (56) Ламекин В. Ф. Широкополосные интегральные усилители.— М.: Советское радио, 1980, с. 156, рис. 2, 48а. (54) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

ТОКА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения повышение точности компенсации АЧХ в широком диапазоне температур. Для достижения цели в устр-во введены источник 15 постоянного напряжения, датчик 16 температу„„SU„„1401559 А1 ры, блок 17 вычитания. делитель 18 напряжения, формирователь 19 напряжения смещения. Формирователь 19 выполнен на операционном усилителе 20, резисторах 2! и 22, дополнительном управляющем генераторе 23 тока. В результате температурной стабилизации коэффициента усиления и полосы пропускания форма ЛЧХ широкополосного усилителя тока сохраняется неизменной в широком диапазоне температур. В случае использования датчика 16 температур с ци<рровым выходом функции источника 15 (элемент памяти), блока !7 вычитания и делителя 18 напряжения м. б. выполнены микропроцессорным контроллером. 1 3 п. ф-лы, ! ил.

1401559

20

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в широкополосных усилителях для осциллографов и цифровых вольтметров.

Цель изобретения — повышение точности компенсации амплитудно-частотной характеристики в широком диапазоне температур.

На чертеже представлена структурная электрическая схема широкополосного усилителя тока.

Широкополосный усилитель тока содержит входной каскад 1, выполненный на первом 2 и втором 3 выходных транзисторах, транзисторах 4 и 5 в диодном включении, первом 6 и втором 7 управляемых генераторах тока, N каскадов 8ь ..., 8„ усиления, каждый из которых выполнен на первом, втором, третьем, четвертом транзисторах

9 — 12 соответственно и третьих управляемых генераторах 13 тока, при этом первый, второй, третьи управляемые генераторы 6, 7 и 13 тока соответственно выполнены на транзисторах и резисторе 14 в их эмиттерной цепи, источник 15 постоянного напряжения, датчик 16 температуры, блок 17 вычитания, делитель 18 напряжения, формирователь 19 напряжения смещения, выполненный на операционном усилителе 20, первом 21 и втором 22 резисторах, дополнительном управляющем генераторе 23 тока, выполненном на транзисторе и резисторе в его эмиттерной цепи.

Широкополосный усилитель тока работает следующим образом.

Усиливаемый сигнал подается на вход входного каскада 1. Приращение напряжений на р — n-переходах первой пары дифференциально включенных транзисторов 4 и 5 приводит к относительному изменению тока через эти переходы. Поскольку напряжение на р — n-переходах (база — эмиттер) транзисторов 4 и 5 первой дифферециальной пары и транзисторов 3 и 2 второй дифференциальной пары входного каскада 1 поддерживается в балансе, то при воздействии входного сигнала на р — n-переход с малым начальным током (транзисторы 4 и 5) формируется усиленное приращение тока на р — n-переходах второй дифференциальной пары транзисторов 2 и 3. Аналогичные балансные схемы создают r — n-переходы транзисторов 9 и 10 и транзисторов ll и 12 каскадов 8ь ...

8„ усиления.

При нормальной температуре окружающей среды (Т 300 К) операционный усилитель 20 в формирователе 19 стабилизирует коллекторный ток генератора 23, подключенного к выходу операционного усилителя 20, независимо от температурного изменения напряжения эмиттер †ба и напряжения питания. При этом напряжения на базах транзисторов генераторов 6, 7 и 13 равно напряжению на базе транзистора генератора 23 в формирователе 19. Следовательно, падение напряжения на всех резисто30

2 рах 14 равно и это равенство сохраняется независимо от величины температурного изменения напряжения эмиттер — база транзисторов генераторов 6, 7 и 13 и напряжения питания.

Напряжение на выходе источника 15 постоянного напряжения устанавливают таким, чтобы при нормальной температуре (Т=ЗОО К) напряжение на выходе блока 17 вычитания было равно нулю. При этом источник 15 выполняет функции элемента памяти, поскольку сохраняет установленное значение напряжения независимо от изменения внешних условий, т. е. запоминает напряжение, соответствующее выходному сигналу датчика 16 температуры при нормальной температуре.

Коэффициент усиления по току К; (на низких частотах) и полоса пропускания Af широкополосного усилителя тока соответственно равны

К,=(1,+12+...+1„)/1i, Af=f (+2-1)/Ко, где I i, 1, ..., 1„— суммарные эм иттерные токи второй дифференциальной пары транзисторов 2, 3 и12,11;

Ko= — " — к о эфф и цие нт у сил е н и я од) н- ного каскада усиления;

N — число каскадов усиления.

Величины К, и Af определяют форму амплитудно-частотной характеристики широкополосного усилителя тока. Поэтому для стабилизации формы амплитудно-частотной характеристики в широком диапазоне температур осуществляется стабилизация его коэффициента усиления К;, который зависит от соотношения токов покоя всех каскадов и его полосы пропускания а1, зависящей от граничной частоты транзисторов 1„. С изменением температуры окружающей среды граничная частота f òðàíçèñòîðîâ изменяется обратно пропорционально относитель ному изменению температуры T (по Кельвину) Af //„, =-1,33ХТ/Т. С другой стороны граничная частота f„ определяется протекающим через транзисторы током 7„, причем значение граничной частоты f прямо пропорционально протекающему току 1„, т. е.

f, =mls, где т — коэффициент пропорциональности (Гц/А). Это позволяет скомпенсировать температурные изменения граничной частоты 1 транзисторов соответствующим изменением тока через него, причем указанное изменение должно быть прямо пропорционально относительному изменению температуры ЬТ/Т. Коэффициент пропорциональности между относительными изменениями температуры и тока через транзисторы задается коэффициентом передачи блока 17 вычитания.

Когда температура окружающей среды отличается от нормальной, то на выходе

1401559

3 делителя 18 формируется напряжение, пропорциональное относительному изменению температуры AT)T (по Кельвину). На вход делимого с выхода блока 17 поступает напряжение, пропорциональное абсолютному изменению температуры AT, а на вход делителя — напряжение, пропорциональное абсолютному значению температуры T окружающей среды. При этом ток транзистора генератора 23 в формирователе 19, а вместе с ним и токи всех транзисторов генераторов 6, 7 и 13, определяющие токи покоя соответствующих каскадов, изменяются пропорционально относительному изменению температуры по Кельвину. Следовательно, температурные изменения граничной частоты транзисторов компенсируются одновременным изменением тока покоя Л!, всех транзисторов. В результате стабилизации величины обеспечивается постоянство полосы пропускания Af широкополосного усилителя тока в широком диапазоне температур. При этом для сохранения общего коэффициента усиления в широкополосном усилителе тока обеспечивается одинаковое относительное изменение коллекторных токов (токов покоя)

У транзисторов всех каскадов.

В результате температурной стабилизации коэффициента усиления и полосы пропускания форма амплитудно-частотной характеристики широкополосного усилителя тока сохраняется неизменной в широком диапазоне температур.

В случае использования датчика температуры с цифровым выходом функции источника 15 (элемент памяти), блока 17 вычитания и делителя 18 напряжения могут быть выполнены микропроцессорным контроллером.

Формула изобретения

1. Широкополосный усилитель тока, содержащий входной каскад и N каскадов усиления, каждый из которых выполнен на первом и втором транзисторах, включенных по схеме с общей базой, при этом первые и вторые транзисторы всех каскадов включены последовательно по постоянному току с одноименными соответственно первым и

40 вторым выходными транзисторами входного каскада, включенными по схеме с общим эмиттером, эмиттеры которых объединены и через первый управляемый генератор тока соединены с первой шиной источника питания, базы объединены через соответствующие транзисторы в диодном включении, точка соединения эмиттеров которых через второй управляемый генератор тока подключена к первой шине источника питания, при этом в каждом каскаде усиления эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с базами соответственно третьего и четвертого транзисторов, эмиттеры KQTophlx объединены и через третий управляем ы и генератор тока подключены к первой шине источника питания, а коллекторы подключены к коллекторам соответственно второго и первого транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации амплитудно-частотной характеристики в широком диапазоне температур, введены источник постоянного напряжения, датчик температуры, блок вычитания, делитель напряжения и формирователь напряжения смещения, выход которого подключен к управляющим входам первого, второго и третьих управляемых генераторов тока, при этом выходы источника постоянного напряжения и датчика температуры подключены к соответствующим входам блока вычитания, выход которого соединен с входом делимого делителя напряжения, вход делителя которого соединен с выходом датчика температуры, а выход — с управляющим входом формирователя напряжения смещения.

2. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что формирователь напряжения смещения выполнен на операционном усилителе и дополнительном управляемом генераторе тока, выход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и через первый резистор — с шиной источника опорного напряжения, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а также на втором резисторе, первый вывод которого подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, а второй вывод является управляющим входом формирователя напряжения смещения.

Составитель И. Водяхина

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор В. Гирняк

3 а ка з 2539/52 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4(5

Производственно-полиграфическое предприятие, гч Ужгород. ул. Проектная, 4