Дифференциальный усилитель

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоэлектронных устройствах различного назначения, в частности, в усилительных устройствах, импульсных устройствах, автогенераторах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей дифференциального усилителя за счет обеспечения возможности электронного управления видом нелинейности его передаточной характеристики. Дифференциальный усилитель содержит транзисторы 1, 2, 3, 4, генератор тока 5. Для достижения цели изобретения транзисторы 3, 4 выполнены двухэмиттерными и введены генераторы тока 6, 7, 8. Это позволило путем изменения токов генераторов тока получать как однозначную передаточную характеристику с регулируемой крутизной, так и характеристику с регулируемым гистерезисом. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоэлектронных устройствах различного назначения, в частности, в усилительных устройствах, импульсных устройствах, автогенераторах.

Известен дифференциальный усилитель (Международный патент N 83/03612, кл. H 03 F 1/32, 3/45), содержащий первый и второй транзисторы, базы которых являются соответствующими входами, а коллекторы выходами усилителя, эмиттеры соединены посредственно с коллекторами соответственно третьего и четвертого транзисторов и через повторители напряжения с базами соответственно четвертого и третьего транзисторов, между эмиттерами третьего и четвертого транзисторов включен резистор.

Недостатком этого дифференциального усилителя является невозможность электронного регулирования крутизны передаточной характеристики.

Также известен дифференциальный усилитель по Заявке Японии N 61-47007, кл. H 03 F 3/50, 3/343, содержащий первый и второй транзисторы, базы и коллекторы которых являются соответствующими входами и выходами дифференциального усилителя, эмиттеры соединены соответственно с коллекторами третьего и четвертого транзисторов, эмиттеры которых соединены выходом генератора тока, база третьего транзистора соединена с эмиттером второго транзистора, база четвертого транзистора соединена с эмиттером первого транзистора.

Недостатком данного усилителя является сильное изменение его динамического диапазона при электронном регулировании крутизны передаточной характеристики, а также невозможность управления видом нелинейности передаточной характеристики.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является дифференциальный усилитель (Заявка Японии N 4-14802, кл. H 03 F 3/45, H 03 K 19/086), содержащий первый и второй транзисторы, базы которых являются соответствующими входами дифференциального усилителя, эмиттер первого транзистора соединен с коллекторами третьего транзистора и базой четвертого транзистора, эмиттер второго соединен с коллектором четвертого транзистора и базой третьего транзистора, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов с выходом первого генератора тока.

Недостатком этого дифференциального усилителя являются невозможность электронного управления видом нелинейности его передаточной характеристики, что ограничивает его функциональные возможности.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей дифференциального усилителя за счет обеспечения возможности электронного управления видом нелинейности его передаточной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе, содержащем первый и второй транзисторы, базы которых являются соответствующими входами дифференциального усилителя, эмиттер первого транзистора соединен с коллектором третьего транзистора и базой четвертого транзистора, эмиттер второго транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора и базой третьего транзистора, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соединены с выходом первого генератора тока, третий и четвертый транзисторы выполнены двухэмиттерными, причем вторые эмиттеры этих транзисторов соединены с выходом введенного второго генератора тока, коллекторы третьего и четвертого транзисторов соединены с выходами введенных соответствующих третьего и четвертого генераторов тока, коллекторы первого и второго транзисторов являются соответствующими выходами дифференциального усилителя.

Заявляемый дифференциальный усилитель поясняется фиг. 1, на которой приведена его электрическая принципиальная схема, на фиг. 2 показано распределение токов в усилителе при его работе, на фиг. 4 изображена передаточная характеристика дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4 транзисторы, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 генераторы тока.

Работу дифференциального усилителя рассмотрим при следующих допущениях: все транзисторы идентичны (за исключением неодинаковости площадей первых и вторых эмиттеров транзисторов 3 и 4), токи базы транзисторов пренебрежимо малы по сравнению с их коллекторными токами, транзисторы работают на частотах, много меньших граничной частоты их коэффициента передачи по току в схеме с общей базой.

Первоначально подаются напряжения питания, напряжение смещения на входы усилителя и токи генераторов тока такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим. При этом эмиттерные токи транзисторов 1 и 2 устанавливаются равными I₀₂-I₀₁, где I₀₂ ток генераторов 5 и 6, I₀₁ ток генераторов тока 7 и 8, а значения эмиттерных токов транзисторов 3 и 4 определяются следующими выражениями: где I₀₃₁, I₀₃₂, I₀₄₁, I₀₄₂ токи покоя, протекающие в соответствующих эмиттерах транзисторов 3 и 4, S_э31, S_э32, S_э41, S_э42 площади соответствующих эмиттерных р-н-переходов транзисторов 3 и 4.

Ограничимся рассмотрением симметричной структуры усилителя, когда S_э31 S_э42 S₁, S_э32 S_э41 S₂. При этом При подаче на входы усилителя дифференциального входного напряжения U_вх в цепях транзисторов 1 и 2 протекает дифференциальный выходной ток i_вых, равный сумме токов i₁ и i₂, протекающих в цепях соответственно первых и вторых эмиттеров транзисторов 3 и 4: i_вых i₁+i₂ (3) Входное напряжение равно: U_вх U_бэ1 + U_бэ41 U_бэ31 U_бэ2 U_бэ1 + U_бэ42 U_бэ32 U_бэ2, (4) где U_бэ1, U_бэ2 базо-эмиттерные напряжения транзисторов 1 и 2, соответственно; U_бэ31, U_бэ32, U_бэ41, U_бэ42 базо-эмиттерные напряжения в цепях соответственно первых и вторых эмиттеров транзисторов 3 и 4.

Представляя значения базо-эмиттерных напряжений с помощью уравнения Эберса-Молла с точностью до величины обратного тока р-н-перехода, преобразуем (4) к следующему виду:

Из (5) видно, что

Совместное решение уравнений (6) и (3) с учетом (2) позволяет выразить i₁ и i₂ через i_вых:

Подставив (7) в (5), после преобразования получим следующее уравнение передаточной характеристики дифференциального усилителя:

Электронное управление видом нелинейности передаточной характеристики осуществляется путем изменения соотношения токов I₀₁ и I₀₂ - фиг. 3. Анализ уравнения (8) показывает, что при передаточная характеристика дифференциального усилителя является однозначной, если же то она имеет гистерезис. В первом случае изменением отношения можно регулировать крутизну передаточной характеристики, во втором величину гистерезиса.

Таким образом, предлагаемый дифференциальный усилитель выгодно отличается от прототипа и аналогов тем, что в нем возможна электронная перестройка вида нелинейности передаточной характеристики в пределах от однозначной характеристики с регулируемой крутизной до характеристики с регулируемым гистерезисом.

Формула изобретения

Дифференциальный усилитель, содержащий первый и второй транзисторы, базы которых являются соответствующими входами дифференциального усилителя, эмиттер первого транзистора соединен с коллектором третьего транзистора и базой четвертого транзистора, эмиттер второго транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора и базой третьего транзистора, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соединены с выходом первого генератора тока, отличающийся тем, что третий и четвертый транзисторы выполнены двухэмиттерными, причем вторые эмиттеры этих транзисторов соединены с выходом введенного второго генератора тока, коллекторы третьего и четвертого транзисторов соединены с выходами введенных соответствующих третьего и четвертого генераторов тока, коллекторы первого и второго транзисторов являются соответствующими выходами дифференциального усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3