Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов

Изобретение относится к области радиотехники и связи, а именно к устройствам усиления мощности. Технический результат: повышение на несколько порядков входного сопротивления ВК и его коэффициента усиления по току при достаточно высоком уровне стабильности сквозного тока выходных транзисторов. Устройство содержит: первый (1) и второй (2) выходные транзисторы разного типа проводимости, эмиттеры которых связаны с выходом устройства (3), первую (4) шину питания, связанную с коллектором первого (1) выходного транзистора, вторую (5) шину источника питания, соединенную с коллектором второго (2) выходного транзистора, вход устройства (4) соединен с затворами первого (6) и второго (7) входных транзисторов с управляющим р-n-переходом, стоки которых подключены ко второй (5) шине источника питания, база первого (1) выходного транзистора соединена с истоком первого (6) входного транзистора и стоком первого (8) вспомогательного транзистора, затвор которого подключен к первой (4) шине источника питания, а исток связан с первой (4) шиной источника питания, база второго (2) выходного транзистора соединена с истоком второго (7) входного транзистора и стоком второго (9) дополнительного транзистора, затвор которого соединен с первой (4) шиной источника питания, а исток соединен с первой (4) шиной источника питания через первую (10) цепь последовательно-параллельно соединенных р-n-переходов. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, быстродействующих операционных усилителях (ОУ)).

Известны схемы двухтактных выходных каскадов усилителей мощности на комплементарных выходных транзисторах, которые являются базовым функциональным узлом современной аналоговой микросхемотехники [1-24].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является выходной каскад (ВК) усилителя мощности фиг.1, представленный в патенте US №7.411.455. Он содержит первый 1 и второй 2 выходные транзисторы разного типа проводимости, эмиттеры которых связаны с выходом устройства 3, первую 4 шину питания, связанную с коллектором первого 1 выходного транзистора, вторую 5 шину источника питания, соединенную с коллектором второго 2 выходного транзистора, вход устройства 4.

Существенный недостаток выходного каскада-прототипа состоит в том, что он не обеспечивает высокое входное сопротивление, а также имеет коэффициент усиления по току Ki, зависящий от численных значений β=50÷100 транзисторов.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении на несколько порядков входного сопротивления ВК и его коэффициента усиления по току при достаточно высоком уровне стабильности сквозного тока выходных транзисторов.

Поставленная задача достигается тем, что в выходном каскаде усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов, содержащем первый 1 и второй 2 выходные транзисторы разного типа проводимости, эмиттеры которых связаны с выходом устройства 3, первую 4 шину питания, связанную с коллектором первого 1 выходного транзистора, вторую 5 шину источника питания, соединенную с коллектором второго 2 выходного транзистора, вход устройства 4, предусмотрены новые элементы и связи вход устройства 4 соединен с затворами первого 6 и второго 7 входных транзисторов с управляющим р-n-переходом, стоки которых подключены ко второй 5 шине источника питания, база первого 1 выходного транзистора соединена с истоком первого 6 входного транзистора и стоком первого 8 вспомогательного транзистора, затвор которого подключен к первой 4 шине источника питания, а исток связан с первой 4 шиной источника питания, база второго 2 выходного транзистора соединена с истоком второго 7 входного транзистора и стоком второго 9 дополнительного транзистора, затвор которого соединен с первой 4 шиной источника питания, а исток соединен с первой 4 шиной источника питания через первую 10 цепь последовательно-параллельно соединенных р-n-переходов.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1.

На фиг.2 приведена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.

На фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения.

На фиг.4 показана схема в соответствии с п.3 формулы изобретения.

На фиг.5 приведена схема заявляемого устройства (фиг.2) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НИИ «Пульсар», а фиг.6 иллюстрирует зависимость его коэффициента усиления по напряжению, выраженного в децибелах, от частоты при значениях температуры схемы -40°С, 27°С и 100°С.

На фиг.7 показана осциллограмма на выходе схемы фиг.5 при подаче на вход сигнала с амплитудой 1 В.

Фиг.8 иллюстрирует зависимость коэффициента усиления по напряжению схемы фиг.5, выраженного в децибелах от температуры.

Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 выходные транзисторы разного типа проводимости, эмиттеры которых связаны с выходом устройства 3, первую 4 шину питания, связанную с коллектором первого 1 выходного транзистора, вторую 5 шину источника питания, соединенную с коллектором второго 2 выходного транзистора, вход устройства 4. Вход устройства 4 соединен с затворами первого 6 и второго 7 входных транзисторов с управляющим р-n-переходом, стоки которых подключены ко второй 5 шине источника питания, база первого 1 выходного транзистора соединена с истоком первого 6 входного транзистора и стоком первого 8 вспомогательного транзистора, затвор которого подключен к первой 4 шине источника питания, а исток связан с первой 4 шиной источника питания, база второго 2 выходного транзистора соединена с истоком второго 7 входного транзистора и стоком второго 9 дополнительного транзистора, затвор которого соединен с первой 4 шиной источника питания, а исток соединен с первой 4 шиной источника питания через первую 10 цепь последовательно-параллельно соединенных р-n переходов.

На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, исток первого 8 вспомогательного транзистора связан с первой 4 шиной источника питания через вторую 11 цепь последовательно-параллельно соединенных р-n-переходов. Структура этой цепи зависит от построения выходных в общем случае составных транзисторов 1 и 2. Если первый 1 и второй 2 выходные транзисторы реализованы на основе одиночных биполярных транзисторов, то вторая 11 цепь последовательно-параллельно соединенных транзисторов, как это показано на фиг.3, может содержать один р-n-переход, а первая 10 цепь последовательно-параллельно соединенных р-n-переходов может включать три диода (фиг.3).

На фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, в качестве первого 6 входного транзистора используется составной полевой транзистор, содержащий основной полевой транзистор 12 с управляющим р-n-переходом, в исток которого включена третья 13 цепь последовательно-параллельно включенных р-n-переходов. В частном случае, при использовании в схеме фиг.4 одиночных биполярных транзисторов 1 и 2 третья 13 цепь последовательно-параллельно включенных р-n-переходов может содержать один диод.

Рассмотрим статический режим ВК фиг.2.

При нулевом входном сигнале и реализации первой 10 цепи последовательно-параллельных р-n-переходов на двух диодах напряжение затвор-исток второго 9 дополнительного и второго 7 входного транзисторов будут одинаковы и равны Uзи.7=Uзи.9=2Ud≈1,4В, а напряжение затвор-исток транзисторов 8 и 6 близко к нулю. Поэтому между базами транзисторов 1 и 2 устанавливается статическое напряжение

U б б = 2 U э = 1,4 B ( 1 )

Поэтому сквозной ток 1СКВ, протекающий в эмиттерной цепи транзисторов 1 и 2, определяется величиной 10:

I с к в = I э 1 = I э 2 I 0 ( 2 )

При изменении температуры (или уровня радиации) величина Iскв≈const остается постоянной.

За счет изменения числа диодов в первой 10 цепи последовательно-параллельно соединенных р-n-переходов можно устанавливать другие заданные значения напряжения между базами транзисторов 1 и 2, которые могут выполняться в виде составных транзисторов по схеме Дарлингтона или схеме Линна (n-p-n- и p-n-р-транзисторы).

В схеме фиг.3 за счет выбора различных комбинаций числа диодов в первой 10 и второй 11 цепях последовательно-параллельно соединенных р-n-переходов обеспечивается более широкий диапазон напряжений между базами транзисторов 1, 2 и, следовательно, сквозного тока Iскв.

Особенность схемы фиг.4 - близкий к нулю уровень выходного статического напряжения, что обеспечивается введением новых элементов в соответствии с п.3 формулы изобретения.

Входное сопротивление заявленного каскада соответствует входному сопротивлению входных полевых транзисторов 6 и 7 и достигает десятков-сотен мегаом. Эти транзисторы играют в схеме фиг.2 и другую важную роль - обеспечивают заданный разработчиком уровень сквозного тока выходных транзисторов.

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент США №7.411.455, fig.1.

2. DE 102011122077, fig.8.

3. Патент США №6.268.769 fig.3.

4. Патент США №6.420.933.

5. Патент США №5.223.122.

6. Патентная заявка США №2004/0196101.

7. Патентная заявка США №2005/0264358 fig.1.

8. Патентная заявка США №2002/0175759.

9. Патент США №5.049.653 fig.8.

10.Патент США №4.837.523.

11.Патент США №5.179.355.

12.Патент Японии JP 10.163.763.

13.Патент Японии JP 10.270.954.

14.Патент США№5.170.134 fig.6

15.Патент США №4.540.950.

16.Патент США №4.424.493.

17.Патент Японии JP 6310950.

18.Патент США №5.378.938.

19.Патент США №4.827.223.

20.Патент США №6.160.451.

21.Патент США №4.639.685.

22.А.СВ. СССР 1506512.

23.Патент США №5.399.991.

24.Патент США №6.542.032.

1. Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов, содержащий первый (1) и второй (2) выходные транзисторы разного типа проводимости, эмиттеры которых связаны с выходом устройства (3), первую (4) шину питания, связанную с коллектором первого (1) выходного транзистора, вторую (5) шину источника питания, соединенную с коллектором второго (2) выходного транзистора, вход устройства (4), отличающийся тем, что вход устройства (4) соединен с затворами первого (6) и второго (7) входных транзисторов с управляющим р-n-переходом, стоки которых подключены ко второй (5) шине источника питания, база первого (1) выходного транзистора соединена с истоком первого (6) входного транзистора и стоком первого (8) вспомогательного транзистора, затвор которого подключен к первой (4) шине источника питания, а исток связан с первой (4) шиной источника питания, база второго (2) выходного транзистора соединена с истоком второго (7) входного транзистора и стоком второго (9) дополнительного транзистора, затвор которого соединен с первой (4) шиной источника питания, а исток соединен с первой (4) шиной источника питания через первую (10) цепь последовательно-параллельно соединенных р-n-переходов.

2. Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов по п.1, отличающийся тем, что исток первого (8) вспомогательного транзистора связан с первой (4) шиной источника питания через вторую (11) цепь последовательно-параллельно соединенных р-n переходов.

3. Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого (6) входного транзистора используется составной полевой транзистор, содержащий основной полевой транзистор (12), в исток которого включена третья (13) цепь последовательно-параллельно включенных р-n-переходов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном.

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого с входов канала «X» зависит от уровня сигнала управления канала «Y».

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в расширении частотного диапазона ИУ за счет ослабления влияния частоты единичного усиления f1 основного ОУ на частоту квазирезонанса f0.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, например в высокочастотных усилителях, компараторах, преобразователях сигналов и т.п.

Прецизионный усилитель аналоговых сигналов большой мощности с высоким КПД относится к области радиотехники для использования в качестве прецизионного УНЧ, созданного на основе полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления широкополосных сигналов, в структуре аналоговых интерфейсов, аналого-цифровых преобразователях, RC-фильтрах, инструментальных усилителях и т.п.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов).

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к двунаправленным СВЧ усилителям. Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что двунаправленность усиления достигается путем применения циркуляторов или направленных ответвителей вместо коммутаторов на входах устройства.

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники и связи. Техническим результатом является - увеличение затухания выходного сигнала в диапазоне низких частот при повышенной и достаточно стабильной добротности Q амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ИУ и большом коэффициенте усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0. Измерительный усилитель с резонансной амплитудно-частотной характеристикой содержит: источник входного сигнала (1), базу первого (2) входного транзистора, второй (3) входной транзистор, выход (4) устройства, первый (5) токостабилизирующий двухполюсник, первую (6) шину источника питания, токовое зеркало (7), вторую (8) шину источника питания, выход (9), второй (10) токостабилизирующий двухполюсник, первый (11) корректирующий конденсатор, общую шину источников питания (12), второй (13) корректирующий конденсатор, вход (14), дополнительный резистор (15). 6 ил.

Изобретение относится к области электроники, а именно к предварительным усилителям для съема сигналов с детекторов ионизирующих излучений при использовании длинной кабельной линии в схемах амплитудной спектрометрии и для регистрации ядерных излучений. Техническим результатом является увеличение динамической емкости предусилителя. Устройство содержит входной полевой транзистор n-типа, канал усиления тока, выполненный на паре биполярных транзисторов pnp-типа, и основной усилитель, выполненный на базе широкополосного операционного усилителя, охваченный резистивно-емкостной обратной связью, причем в зарядочувствительном предусилителе входной полевой транзистор и каналы усиления тока включают каскодно-дифференциально так, что сток входного полевого транзистора подключен к эмиттеру первого биполярного транзистора, исток входного полевого транзистора подключен к эмиттеру второго биполярного транзистора, и коллекторы этих транзисторов подключены к неинвертирующему и инвертирующему входам операционного усилителя соответственно, а величины резисторов нагрузок биполярных транзисторов выбирают из условия минимизации входного шума. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение уровня нелинейных искажений и шумов различного происхождения в цепи нагрузки ШНУ с неинвертирующим выходным каскадом. Широкополосный усилитель мощности содержит неинвертирующий выходной каскад (1), вход которого связан со входом устройства (2) и источником входного напряжения (3) через согласующий резистор (4), цепь нагрузки (5), подключенную к выходу (6) устройства, связанному с выходом неинвертирующего выходного каскада (1). В схему введен корректирующий каскад (7), токовый выход которого (8) соединен со входом неинвертирующего выходного каскада (1), между входом устройства (2) и входом (9) корректирующего каскада (7) включен первый (10) дополнительный резистор, а выход устройства (6) связан со входом (9) корректирующего каскада (7) через последовательно соединенные дополнительный инвертирующий буферный усилитель (11) и второй (12) дополнительный резистор. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки содержит источник сигнала, связанный со входом буферного каскада, выход которого подключен к конденсатору цепи нагрузки. Выход буферного каскада соединен со входом неинвертирующего усилителя напряжения и выходом усилителя тока, причем между выходом неинвертирующего усилителя напряжения и входом усилителя тока включен корректирующий многополюсник. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в передающих и ретранслирующих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией с использованием нелинейных усилителей. Техническим результатом является уменьшение искажений, возникающих при усилении сигнала. Устройство содержит первый сумматор, два идентичных нелинейных усилителя мощности, первый вычитатель и второй сумматор, фазовращатель на угол 90°, второй вычитатель, фильтр нижних частот, нелинейный преобразователь, ограничитель, нелинейный преобразователь, перемножитель и пиковый детектор. 1 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в передающих и ретранслирующих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией. Достигаемый технический результат - уменьшение искажений, возникающих при усилении сигнала. Устройство линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией с использованием нелинейных усилителей содержит сумматор, два идентичных нелинейных усилителя мощности, фазовращатель на угол 90°, ограничитель, блок формирования первой составляющей входного сигнала устройства с постоянной амплитудой (далее - блок формирования), блок преобразования первой составляющей входного сигнала устройства с постоянной амплитудой во вторую составляющую входного сигнала с постоянной амплитудой (далее - блок преобразования), при этом блок преобразования содержит фазовращатель на угол 90°, перемножитель и смеситель, блок формирования содержит фазовый детектор, пиковый детектор, нелинейный преобразователь, осуществляющий преобразование отношения поступающих на его входы сигналов по закону арксинуса, и фазовый модулятор. 1 ил.

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к ключевым усилителям высокой частоты, и может быть использовано в радиопередатчиках. Технический результат изобретения заключается в улучшении линейности усиления ключевых усилителей мощности за счет существенного снижения уровня гармоник четных порядков в спектре усиливаемого сигнала. Технический результат достигается за счет ключевого усилителя, в котором высокочастотный сигнал с выхода предварительного усилителя, работающего в режиме усиления класса «А», преобразуется широтно-импульсным модулятором в ряд прямоугольных импульсов, при сложении которых воспроизводится входящий сигнал на новом уровне мощности. Усилитель имеет существенно более низкий уровень гармоник четных порядков по сравнению с известными ключевыми усилителями при сохранении требований также к подавлению гармоник нечетных порядков. 3 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках. Технический результат заключается в преобразовании энергии высших гармоник в энергию постоянного тока и возвращении этой энергии источнику питания. В усилителе используют мостовую схему сложения мощности вместо балластного резистора электрической цепи, содержащей широкополосное согласующее устройство, двухполупериодный выпрямитель, накопительный конденсатор, дроссель и ограничительный диод, что обеспечивает возвращение части энергии полезного сигнала источнику питания радиопередатчика, повышая его КПД. 1 ил.

Изобретение относится к микросхемам СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации. Технический результат заключается в повышении добротности резонансной амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя при использовании низкодобротных планарных индуктивностей. Избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью содержит первый (1) и второй (2) входные полевые транзисторы, причем затвор первого (1) входного полевого транзистора соединен со входом устройства (10), вторую (11) шину источника питания. Сток первого (1) входного полевого транзистора связан с выходом устройства (5) и подключен к затвору второго (2) входного полевого транзистора. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к генераторам управляемым напряжением. Технический результат заключается в расширении диапазона перестройки частоты при сохранении нижнего предела диапазона частот и возможности создания генератора в монолитном исполнении. В генератор дополнительно введены полевой транзистор с барьером Шотки - третий, две индуктивности - вторая и третья, разделительный конденсатор и низкочастотный фильтр питания, при этом сток третьего полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе через разделительный конденсатор и одновременно - со стоком второго полевого транзистора с барьером Шотки через вторую индуктивность, затвор третьего полевого транзистора с барьером Шотки соединен с истоком второго полевого транзистора с барьером Шотки, и их общая точка соединения заземлена через третью индуктивность, исток третьего полевого транзистора с барьером Шотки заземлен, а на сток второго полевого транзистора с барьером Шотки подают постоянное напряжение положительной полярности через низкочастотный фильтр питания, при этом величина третьей индуктивности в пять раз меньше величины второй индуктивности, а величину емкости разделительного конденсатора определяют из определенного выражения. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи, а именно к устройствам усиления мощности. Технический результат: повышение на несколько порядков входного сопротивления ВК и его коэффициента усиления по току при достаточно высоком уровне стабильности сквозного тока выходных транзисторов. Устройство содержит: первый и второй выходные транзисторы разного типа проводимости, эмиттеры которых связаны с выходом устройства, первую шину питания, связанную с коллектором первого выходного транзистора, вторую шину источника питания, соединенную с коллектором второго выходного транзистора, вход устройства соединен с затворами первого и второго входных транзисторов с управляющим р-n-переходом, стоки которых подключены ко второй шине источника питания, база первого выходного транзистора соединена с истоком первого входного транзистора и стоком первого вспомогательного транзистора, затвор которого подключен к первой шине источника питания, а исток связан с первой шиной источника питания, база второго выходного транзистора соединена с истоком второго входного транзистора и стоком второго дополнительного транзистора, затвор которого соединен с первой шиной источника питания, а исток соединен с первой шиной источника питания через первую цепь последовательно-параллельно соединенных р-n-переходов. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх