Дифференциальный усилитель

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - увеличение малосигнальной площади усиления. Дифференциальный усилитель содержит входную цепь смещения 1, эл-ты нагрузки 2 и 3, усилительный каскад 4, образованный транзисторами 5 и 6 N-P-N-типа, диодом 7, транзистором 8 P-N-P-типа и токозадающим эл-том 9. Цель достигается введением диодной цепочки 10 и симметрирующей цепи 11, с помощью которых при замкнутой петле положительной обратной связи коэф. усиления как по напряжению, так и по току возрастают в два раза. Усилитель по п. 2 ф-лы отличается введением повторителей напряжения, подключенных к элементам нагрузки 2 и 3. Усилитель по п п. 2 и 3 ф-лы отличается выполнением симметрирующей цепи в виде диодной цепочки, а также в виде входной цепи отражателя тока. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) (51)5 Н 03 F 3 45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГННТ СССР (2-1 ) 431 1568/24-09 (22). 30.09.87 (46) 15.06.90. Вюп. Р 22 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом институте им.С.И.Кирова (72) В.Я.Грошев (53) 62 1.375.024 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н - 1259472, кл. Н 03 F 3/45, 1983 (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — увеличение малосигнальной площади усиления.

Дифференциальный усилитель содержит входную цепь смещения 1, эл-ты на2 грузки 2 и 3, усилительный каскад 4, образованный транзисторами 5 и 6

n — р — n-типа, диодом 7, транзистором 8 р — n — р-типа и токозадающим эл-том 9. Цель достигается введением диодной цепочки 10 и симметрирующей цепи 11, с помощью. которых при замкнутой петле положительной обратной связи коэф.усиления как по напряжению, так и по току возрастают в два раза. Усилитель по п.2 ф-лы отличается введением повторителей напряжения, подключенных к эл-там нагрузки 2 и

3. Усилитель по пп.2 и 3 ф-лы отличается выполнением симметрирующей цепи в виде диодной цепочки, а также в виде входной цепи отражателя тока.

3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1571748

Изобретение относится к радиотехнике и може г использоваться как усилительный элемент в компараторах и

;широкополосных операционных усилителях.

Цель изобретения — увеличение малосигнальной площади усиления.

На фиг; 1 представлена структурная электрическая схемЫ дифференциального усилителя, на фиг.2 — принципиальная электрическая схема одной из возможных реализаций дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель содер- 15 жит входную цепь смещения (фиг,1) или входной каскад (фиг.2) 1, первый и второй элементы 2 и 3 нагрузки, уси:лительный каскад 4, образованный пер,вым и вторым транзистор ми 5 и 6 п вЂ, р — n-типа, диодом 7, третьим транзистором 8 р — n — р-типа и токо задающим элементом 9, диодную цепочIêó 10, симметрирующую цепь 11.

Диодная цепочка 10 (фиг.2) выпол- 25 иена на одном дополнительном диоде

12 (может быть выполнена на двух последовательно включенных диодах).

Дифференциальный усилитель работа, рт следующим образом. 30

Усилительный каскад 4 (фиг. 2) охвачен положительной обратной связью (ПОС), замыкающейся по следующей цепи: первый транзистор 5, диод 7, третий транзистор 8 (считаем, что коллектор этого транзйстора замкнут на внешнюю нагрузку), второй транзистор ,6, дополнительный диод 12, первый элемент 2 нагрузки, база первого тран-!, зистора 5. Напряжение ПОС выделяется 40 на дополнительном диоде 12 и полностью прикладывается к базе первого транзистора 5, поскольку в реальных условиях входное сопротивление усилительного каскада 4 со стороны базы 45 первого транзистора 5 намного превышает сопротивление первого элемента

2 нагрузки. Следовательно, глубина

ПОС равна единице, Для того, чтобы определить коэффициент передачи по напряжению в петле ПОС, условно отсоединим базу первого транзистора 5 от первого элемента 2 нагрузки и поДадим на него такое постоянное смещение чтобы режим усилителя по поУ

55 стоянному току остался неизменным.

Теперь относительно этого значения подадим на базу транзистора 5 малое приращение напряжения ДП. Поскольку базовый ток третьего транзистора 8 по сравнению с выходным током токозадающего элемента 9 пренебрежимо мал, напряжение смещения базоэмиттерного перехода первого транзистора

5 и диода 7 постоянно и не,зависит от LlU. Поэтому gU распределится поровну между базоэмиттерными переходами второго транзистора б и третьего транзистора 8 (подразумевается, что оба эти транзистора, а также диод 12 выполнены иэ одного материала, например кремния) . Изменение напряжения на баэоэмиттерных переходах этих транзисторов приведет к изменению их коллекторного тока и, соответственно, тока, протекающего через диод 12.

Допустим, что в качестве этого диода используется одиночный транзистор в диодном .включении. Поскольку транзисторы 6, 8 и диод 12 работают при одинаковом токе начального смещения, изменение напряжен"; на этом диоде при наличии сигнала будет равно изменению напряжения на базоэмиттерном переходе любого из этих транзисторов, т.е. йБ/2. Так как этот сигнал практически не ослабляется первым элементом 2 нагрузки, то коэффициент передачи в петле ПОС равен и Б вых AU/2

К вЂ” — — — 0,5. о DU x

Для определения коэффициента передачи при замкнутой петле ПОС восполь1 зуемся известным соотношением !

Ku> . 0 5

К о

0 1-К . p 1-05 .1

0 п Таким образом, при замкнутой петле ПОС коэффициент усиления как по напряжению, так и по току, протекающему через диод 12 и вытекающему с выхода усилителя, возрастают в два раза, что соответствует увеличению крутизны передачи в усилительном каскаде 4 усилителя до уровня, обеспечиваемого обычным дифференциальным усилителем при равной потребляемой мощности.

При использовании в качестве диодной цепочки 10 двух транзисторов в диодном включении в соответствии с вышеизложенным К „ становится равным

vo единице, а К теоретически становит5 15 ся равным бесконечности. Однако коэффициент усиления в петле ПОС в такой схеме всегда остается несколько меньшим единицы, что связано с конечным усилением биполярных транзисторов по току. Поэтому предлагаемый усилитель независимо от разброса параметров входящих в схему элементов всегда сохраняет устойчивость. Коэффициент его усиления на постоянном токе возрастает примерно в В /2, где  — коэффициент усиления тока в схеме с 03 используемых транзисторов. При этом по коэффициенту усиления на постоянном токе предлагаемый усилитель становится практически эквивалентным варианту с повторителем тока в качестве нагрузки входного каскада 1, причем его уникальным свойством является очень слабая зависимость коэффициента усиления от величины сопротивления элементов 2, 3 нагрузки.

Однако по сравнению с усилителем, в котором в качестве нагрузки исполь эуется повторитель тока, в предлагаемом усилителе элементы 2, 3 нагрузки не вносят дополнительную емкость, в результате чего широкополосность усилителя возрастает. Частотные свойства транзисторов, которые используются для реализации диодной цепочки

10 и эмиттерного повторителя, также слабо влияют на результирующую широкополосность, так как при больших токах смещения в обоих каскадах усилителя широкополосность транзисторов со 100Х-ной ООС по току или напряжению существенно превышает частоту единичного усиления усилителя, а при малом токе. смещения входного каскада

1 эмиттерные повторители (фиг ° 2) могут быть исключены и оба элемента 2, 4

3 нагрузки. в этом случае соединяются непосредственно с коллекторами транзисторов 5, 6.

Для обеспечения высокой точности уси лителя по входу нагрузка входного каска да 1 (фиг.2) должна обеспечивать в уравновешенном режиме симметрию по току и напряжению. Поскольку при введении диодной цепочки 10 такое условие нарушается,последовательно с вторым эле71748 6 ментом 3 нагрузки включена симметрирующая цепь 11.

Формула изобретения

1. Дифференциальный усилитель, содержащий первый и второй транзисторы п — р — n-типа, базы которых соединены с первыми выводами первого и второго элементов нагрузки и являются первым и вторым входами усилителя соответственно, причем эмиттер первого транзистора п — р.- n-типа через диод подключен к точке соединения выхода токозадающего. элемента и базы третьего транзистора р — п — р-типа, коллектор которого является выходом усилителя, а эмиттер соединен с эмиттером

20 второго транзистора n — - р — n-типа, отличающийся тем, что, с целью увеличения малосигнальной площади усиления, в него введены симметрирующая цепь и диодная цепочка, ко25 торая включена между положительной шиной питания и коллектором второго транзистора п — р — п-типа, второй вывод первого элемента нагрузки соединен с коллектором второго транэис30 тора n — - р — п-типа, при этом коллектор первого транзистора n — р — п-типа подключен к положительной шине, а второй вывод второго элемента нагрузки через симметрирующую цепь под35 ключен K положительнои шине питания

2. Усилитель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что коллектор второго транзистора р — n — р-типа с вторым выводом первого элемента на4О грузки, а симметрирующая цепь с вторым выводом второго элемента нагрузки соединены через повторители напряжения.

3. Усилитель по п.2, о т л и ч аю шийся тем что симметрирующая

45 цепь. выполнена в .виде диодной цепочки, включенной между положительной шиной питания и коллектором первого транзистора n — р — n-типа.

4. Усилитель по п.1, о т л и—

5Q ч а ю шийся тем, что симметрирующая цепь выполнена в виде входной цепи отражателя тока, выход которого подключен к второму выводу первого элемента нагрузки.

1571748 иг 2

Составитель А.Чайкин

Редактор М. Бандура Текред М.Дидык Корректор С.Шевкун

Заказ 1521

Подписное

Тираж 6673КИКПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101