Усилитель низкой частоты

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11 576979

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 01.07.71 (21) 1669697/09 (23) Приоритет — (32) 05.02.71 (51} М, Кл. НОЗ F 3/20

Государстееиный комитет

Совета Мииистрав СССР оо делам изооретений и открытий (33) Италия (31} 20194 (43) Опубликовано 15.10.77. Бюллетень № 38 (45} Дата опубликования описания 22.11.77 (53) УДК 621.375.026 (088.8) (72) Автор изобретения

Иностранец

Альдо Романо (Италия) Иностранная фирма

"АТЕС Компоненти Электроничи С.п.А." (Италия) (71) Заявитель (54) УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к радиотехнике и может . использоваться в качестве низкочастотного усилителя мощности.

Известен усилитель низкой частоты, содержащий последовательно соединенные каскад, выполненный на составном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, каскад предварительного усиления, фазоинверсный каскад и выходной двухтактный каскад, выполненный на транзисторах, включенных по схемам общий коллектор— общий эмиттер. Однако в известном усилителе выходной сигнал не достаточно симметричен.

Для получения симметричного выходного сигнала в предлагаемом усилителе в цепь коллектора транзистора входного каскада введен генератор тока, выполненный на одном транзисторе противоположного типа проводимости, параллельно переходу база — эмиттер которого включен переход база — эмиттер другого дополнительного транзистора, причем коллектор последнего соединен с базой третьего . дополнительного транзистора, эмиттер которого подключен через два последовательно соединенных диода к базе транзистора генератора тока, а между эмиттером транзистора входного каскада и выходом усилителя введен резистор.

Иа чертеже приведена упрощенная принципиаль. ная схема усилителя.

Усилитель низкой частоты содержит входной каскад, выполненный на составном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, и состоящим из р-и-р транзисторов 1 и 2, в цепь коллектора транзистора 2 включен генератор тока, выполненный на и-р-и транзисторе 3 параллельно переходу база — эмиттер которого включен переход щ база — эмиттер дополнительного транзистора 4, причем коллектор последнего соединен с базой еще одного дополнительного транзистора 5 эмиттер которого подключен через пва последовательно соединенных диода 6 и 7 к объединенным базам транзисторов 3 и 4 и резистору 8, а коллектор — к выводу

10 через последовательно соединенную цепочку, состоящую из резисторов 11, 12 и диодов 13, 14, включенных в одном направлении. Эмиттер транзистора 2 чере резистор 15 подключен к выводу 16, являющимся

2п выходом усилителя. К коллектору транзистора 2 подключены последовательно соединенные каскад предварительного усиления но р- и-р транзисторе 17, включенном по схеме с общим коллектором, эмиттерный повторитель на транзисторе 18. фазоин26 версный каскад на транзисторе 19, в цепь коллектора

5769 /9

;: o1 >jH 1го через диод 20 включен генератор тока, состоял;ий иэ транзистора 21 и диода 22, и выходной двух1акт1и и, каскад на мощных n-p-n транзисторах 23> 4, включенных по схемам общий коллектор— общий эмигтер. Объединенная точка эмиттер — кол11ектор транзисторов 23 и 24 соответственно соединена с выходом усилителя — вывод 16. Эмиттер транзистора 17 соединен через резистор 25 с эмиттером транзистора 26, база которого подключена к точке соединения резисторов 11 и 12, а коллектор — к выводу 10, к которому также подключены коллекторы транзисторов 18,23 и 27. Коллектор транзистора 19 соединен с базой транзистора 24 через переход база — коллектор р-и-р транзистора 28, подключенного к эмиттеру транзистора 27, к базе которого одновременно подключен генератор тока на транзисторе 29 и последовательно соединенные в одном направлении диоды 30, 31, 32. Анод диода 32 подключен к выходному вьгводу16 к которому также подключена через резистор 33 точка соединения базы транзистора 23 эмиттера транзистора 34. база которого подключена к точке соединения анода диода 20 и коллектора транзистора 29.Точка соединения анода диода 22, эмиттеров транзисторов 21, 29, коллектора транзистора 34 и одного конца резистора 35 подключена к выводу 36> другой конец резистора 35 при этом подключен одновременно к коллектору транзистора 23 и к вьгводу 10. Базы транзисторов 21 и 29 соединены между собой и подключеиы к точке соединения катода диода 22 и коллектора транзистора 5, точка соединения катода диода 13 и резистора 12 подключена к выводу 37>точка соединения эмиттера транзистора 2 и резистора 15 — к выводу 38, база транзистора 1 через резистор 39 — к входному выводу 40, точка соединения коллекторов транзисторов 1, 17, эмиттеров транзисторов 3, 4, 19 и резистора 8 — к заземляемому выводу 9, точка соедиг1ения эмиттера транзистора 24 и резистора 41— к другому заземляемому выводу 42. Другой конец резистора 41 подключен к базе транзистора 24. К выводу 10 подключается источник питания Епит, причем выводы 10 и 37 могут быть закорочены.

Для обеспечения различных режимов работы между выводами 36 и 16 может быть установлен конденсатор 43, а к выводу 38 — последовательно соединегп11,1е конденсагор 44 и резистор 45, второй конец ко горого эаземлен. К входному выводу 40подключен источник входного сигнала Овх

Усилитель работает следующим образом.

В.одной сигнал Овх поступает через резисгор 39 на базу транзистора 1. Напряжение смещения составного транзистора 1, 2 входного каскада еоздаегся на резисторе 15 выходным напряжением, образующимся на эмиттерс транзистора 23. Эмиттер

«рд11зистора 2 по переменному эоку может быть зазем11е11 через цепь обратной связи, выполненной в вш1с 11ое;1е110Ва (с11ы1о соеHHH(.HHblx к011денсагора 44 и реэие1ора 45, иодключаемь1х к выводу 38. За счет ггит + 4 2Óß -1-16э5

4 2%

35 где: Обэп — напряжение база-эмиттер транзистора 4;

Обэ, — напряжение база-эмиттер транзистора 5;

Од — падение напряжения на каждом из диодов

6и 7,.

2й — сумма сопротивления резисторов 11 и

12.

При идентичности транзисторов 3 и 4 и при одинаковом напряжении смещения между базой и эмиттером этих транзисторов .коллекторные токи их равны. Поэтому (2) 2 2 3 4 т.е. эмиттерный ток транзистора 2 равен его коллекторному току и равен коллекторным токам транзисторов 3 и 4. Выходное напряжение постоянного тока усилителя на выводе 16 рь1х = 15э И>э2+ Ъ (3) 55 где Обэ,, Обэ. — напряжения база- >м111 гер транзисторов 1 и 2 соо1вегс1веHHo;

Зэ -- эми ггеpHh!H 1ок т1)анэ11с101 а

R -- сопротивление реэис1 1ра 15.

60 введения отрицательной обратной связи повьцла. ется входное сопротивление усилителя.

Нагрузкой транзистора 2 служит генератор тока на транзисторе 4 с параллельно подключенным к нему высокоомным входным сопротивлением каскада предварительного усиления на транзисторе 17, благодаря чему коэффициент усиления входного каскада ограничивается только выходным сопротивлением транзистора 2, которое является

1О достаточно большим.

Необходимый стабильный уровень выходного напряжения, составляющий половину величины питающего напряжения Епит (при любой возможной величине последнего), поддерживается с помощью схемы, включающей в себя транзисторы 3,4, 5, резисторы 11, 12 и диоды 6, 7.

Сопротивление резисторов 11, 12 и 15 имеют одинаковую величину, равную R.

Источник питания Епит подключается к выво20 ду10. Усилитель может работать как со схемой, подающей более высокое напряжение базы на выходной транзистор 23 и соединяемой с источником

Епит, так и без нее. При использовании этой дополнительной схемы выводы 10, 37 закорачиваются, в

25 результате чего закорачиваются диоды 13 и 14, а конденсатор 43 включается между выводами 36 и 16.

В предположении, что коэффициент усиления по току транзисторов 3, 4, 5 равен бесконечности, коллекторный ток транзистора 4 можно записать в

ЗО виде

576979

0бэ,в -- напряжение база-:>мистер <ранэис тор; 18;

< 9 напряжение база-эми< гер 1ранзистора 19;

R» — сопротивление резистора 25.

Предлагаемая R» =R из уравнения (1) следует, что первое слагаемое правой части уравнения (8) равно удвоенной величине тока Jk4 минус пренеб<мжимо маиаи веиичи<та тока < e . Снеио2 вательно J fq= — Jk4.

Ввиду конечной величины коэффициента усиления транзисторов 5 и 26 возникает небольшая ошибка, которая может бы ть компенсирована заменой диодов 6 и 7 резистором, который вместе с резистором 8 служит для изменения величины базового напряжения транзистора 5 и, следовательно, тока Jk4.

Когда не требуется получение максимального напряжения на выходе усилителя, конденсатор 43 отключается, закорачиваются выводы 10, 36 и размыкаются выводы 10, 37, при этом между выводами 10, 37 появляется напряжение, равное сумме падений напряжений на диодах 13 и 14 Ug> з + Ug< 4

В этом случае верхним пределом выходного напряжения будет напряжение, равное Е „— U6@ и ч г 23

-U6934 — Окв2, нос нижним пределом-напряжение UA3<< Нас, где 0бэ 3, 0бээ4 — напряжения база-эмиттер транзисторов 23 и 34 соответственно; 0 a.т Нас, <Укэ 4 нас — напряжения насыщения транзисторов 1, 24 соответственно.

Средняя величина двух предельных значений равна

11

В Ьв<

E llHT ybfx = + 6

Е пит >»gp -U ggg или U ср 2

Падение напряжения на диодах 13 и 14 вызывает уменьшение тока 3 к 4 на величину 1й зЪ 4

2К, следовательно, падение цапряжения на резисторе 15 будет меньше на вели<н1ну

I Ви « м, чем в случае, когда диоды 13 и 14

2 закорочены, при этом постоянная составляющая выходного напряжения будет примерно равна

Uc p.

Фазоинвео ный каскад на транзисторе 19 работает по схеме с общим эмиттером и нагрузкой ему служит генератор тока (транзистор 21 и диод 221 и входное сопротивление выходного двухтактногo каскада.

Генератор тока и усилитель на транзисторах 29 и 27 соответственно обеспечивают требуемый базовый ток выходного транзистора 24.

Высокая величина отрицательного размаха выходного напряжения обеспечивается диодами 30, 31, 32, которые служат цля увеличения эмиттерного

Е пит вь<к

Эмиттерный ток э,7 транзистора 17 записывается в виде 55

Из уравнений (1), (2), (3) следует

lf8b,„Ll 5 <" U59 +

Effu7 ® э4- З -Убэ5 (4)

В случае, еслй все транзисторы имеют одинаковое напряжение база-эмиттер и падение напряжения на диодах 6 и 7 одинаковое, уравнение (4) может быть приблизительно записано в следующем вилс (. orff <.>fo уравнению (1) в токе Jk4 и затем в

<>< < Л», присугствуют две компоненты, первая — „" ",, — . зависящая от питающего напряжения, и

««<4;«<. яе зависящая от него, вызывающая падение 15 нанряж<пня на сопротивлении резистора 15, уравновенвц<аиянее напряжение смещения эмиттера транэ<ц г >«а

Уравнение (5) было бы справедливо в том с.<уча«.. есчн ко эффиииент усилия по току транзис- 20

<. ров был бы очень болыпнм. в пределе, равным

<)eск<н<ечн«сти, но ufo условие не может быть

«ьшо:н<ено лля транзистора 2 р-f<-p пша с горизон<;<льнои сгрук1урой. Эгот транзистор имеет очень ни <кий коэффициент усиления ii!f8 рабочих токов, 25 ц ээ<эму уравнение (5) должно быть изменено с уче <им того, что Ja> --- Jk2 + Лб где J6> — базовый ток транзистора 2. Таким образом уравнение (5) запише ся в виде:

Ошибка, вводимая при предположении о бесконечном коэффициенте усиления транзистора 2 в виде дополнительного члена уравнения НЗб,, компенсируется за счет базового тока транзистора 17, имею35 щего такую же структуру как и транзистор 2 и работающего при тех же значениях эмиттерного тока.

Поэтому Зб = 3617, где Зб17 — базовый ток транзистора 17. Таким образом, уравнение (2) запишется в виде

Ээ =Лкг+Эб9 =Раз 16.г :16:)к -36 +М

2 3 Il 2 4 l7 2 (6)

Отсюда следует 45

При использовании одинаковых по структуре и размерам транзисторов 2 и 17 Збэ = Зб, >, следовательно

50 э т М 1, пят 118э26-Ббэ18 116э -к 3 к4 (8) 25 25 где 0бэ ь — напряжение база-эмиттер транзистора 26;

60 а пит-Upas-U69>4 Uêý2I >sac -ljaz24 "ac

СР 2

576979

7 напряжения транзистора )8, величина которого лоддсрживастся на уровне, превышающем уровень коллск i орного напряжения транзистора 24, что прслотвращает насышсцие транзистора 28. Таким образом величина отрицательного размаха выходного напряжсния ограничивается только насыщением транзистора 24.

Необходимая величина положительного размаха выходного напряжения достигается путем присоелинсния к коллектору транзистора 34 схемы повышающего напряжения. Для этого между выводами 36-16 необходимо подсоединить конденсатор 43, который заряжается до максимальной величины напряжения

Е ,2 через резистор 35. В этом случае выходная мощность усилителя близка к максимальной. Диод 20 служит для поддержания величины базового напряжения транзистора 34 вьнце базового напряжения транзистора 28.

Усилитель может быть выполнен в интегральном исполнении.

Формула изобретения

Усилитель низкой частоты, содержащий последовательно соединенные входной каскад, вылолБ пенный на составном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, каскад предваритель-! ного усиления, фазоинверсный каскад и выходной двухтактный каскад, выполненный на транзисг торах, включенных по схемам общий коллектор10 общий эмиттер, отличающийся тем, что, с целью получения симметричного выходного сигнала, в цепь коллектора транзистора входного каскада введен генератор тока, выполненный на одном транзисторе противоположного типа npot 5 водимости, параллельно переходу база- эмиттер которого включен переход база-эмиттер другого дополнительного транзистора, причем коллектор последнего соединен с базой третьего дополнительного транзистора, эмиттер которого подключен

20 через два последовательно соединенных диода к базе транзистора генератора тока, а между эмиттером транзистора входного каскада и выходом усилителя введен резистор.