Операционный усилитель с защитой выхода от перегрузки

Операционный усилитель с защитой выхода от перегрузки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ОПЕРА1ШОННЫЙ УСИЛИ- : ТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ ВЫХОДА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ , содержапшй последовательно соедсшешоые каскад, с ш ференииалзьвым входом с nepra vf генератором тока предвыходной с вторым reHefeTOjpoM тока и выйЕу ой даух1акашлй каскад не транзисторах разного типа проводимобти, включенных по схеме с общим коллектором, а.также со ржаахеА первый н второй транзисторы защиты, датчик тока и нагрузку, о т п и ч а ю щ и и с я тем, что, с цепью уменьшшш нелинейных искажений, датчик тока ЫЕЛЮ ч ен между о.бьединенными эмиттерами транзисторов выходного двухтактного каскада и база-эмиттервые « переходы первого и второго т авзнсторов: защиты, имеющие один тип проводим6ст|1| включены встречно-параллеп но, 1Шраялеаьно датчику тока, при этом тока вьшолнены управляемыми и управляю ;щий вход первсяч генератора тока ключей Kf коллектору первог о транзистора е зшви-ш, а управляющий вход второго re- нератора тока подключен к колДектх У .второго транзистора защит.

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПЮЛИК

„.,Я0„„2 971

З(59 н 03 F

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ

И АЗТОРСКОМУ СВИД=ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOM CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ (2.1) 3309567/18-09 (25) 3309524/18-09; 3359649/18-09 (22) 29.06 81 .(46). 30.05.83. Бюл, l4 20

-(72). В; С. Рысин и В. А. Ткаченко (53) 621. 375.024(088,8) (56}, 1. Аналоговью и цифровые интегральные схемы. Под редакцией C. В. ЯкубовскоГо. М., Срветское радио", 1979, с. 225 (прототип)., :(54) (57} 1., ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ЗАШИТОЙ ВЫХОДА ОЧ ПЕРЕ. ТРУЗКИ, содержащий последовательно coenasesaaze входной каскад,. с диффере циальным входом с первым генератором тока, предвыходной каскад с вторым ге- нератором тока и выходной двухтактный . каскад на транзисторах разного типа йроводимости включенных цо схеме с общим коллектором, а также содержат@ первый и второй транзисторы защиты, датчик тока и. нагрузку, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что,.с целью уменьщениа нелинейных искажений, датчик тока вклю ч ен между объединенными- эмиттерами транзисторов выходного двухтаклного каскада и: нагрузкой, база-эмиттерные, переходы первого и второго транзисторож

- защиты, имеющие один тип проводнмости1

- включены встречно-паралиельно, параллельно датчику тока, цри этом генераторы . тока выполнены -управляемыми и управляю щий вход первого генератора тока подключен к коллектору первого трннжстора g защнтй, а управляющий вищ второго ге- . нератора тока подключен к коилектору второго транзистора заппиы.

1020

2. Усилитель по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что второй генератор тока выполнен в виде отражателя тока, управляющим входом которвго является эмиттер выходного транзистора отражателя тока, через первый резистор соединенный с соответствующей шиной источника питания.

3, Усилитель по п. 2, о т л и ч а юшийся тем, что входной каскад.выполнен на последовательно соединенньи дифференциальном каскаде с несимметричным выходом и повторителе напряжения на транзисторе, в эмиттерной цепи которого включен второй генератор тока, выполненный в виде отражателя тока, управ ляющим входом которого является эмиттер выходного транзистора отражателя тока, через второй резистор соединенный с соответствующей шиной источника питания.

4. Усилитель по и. 3, о т л и ч а— ю шийся тем, что коллектор выходного транзистора отражателя тока перво 1

ro генератора тока соединен с обьеди» ненными через третий и четвертый резисторы эмиттерами вхоцньтх транзисторов дифференциального каскада, к несимметричному выходу которого подключен составной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером.

5. Усилительпоп. 2, отличаюшийся тем, что первый генератор тока выполнен на двухколлекторном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, один из коллекторов которого соединен с источником постоянного тока, а управляющим входом второго генератора тока является точка соединения обьединенных базы и другого коллектора двухколлекторного транзистора и обьединенных коллекторов входных транзисторов дифференциального каскада, к несимметричному выходу которого подключены последовательно соединенные транзистор, включенный по схеме с общим коллектором и транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером..

1 2

Изобретение относится к электронной торов в высокоомные цепи в общем случае технике и может использоваться в опера- приводит к появлению нелинейных искажеционных усилителях, усилителях низкой ний в усилителе из-эа наличия цополнитель» частоты и усилителях мощности, компара- ных паразитных емкостей коллекторных торах и других. устройствах аналоговой 5 переходов" транзисторов защиты и особенно техники. переходов коллектор-подложка этих транОдной из важных эксплуатационных эис торов, характеристик операционных усилителей Таким образом, недостатком известного является наличие защиты выхода от пере- . операционного усилителя с защитой выхо грузки. Такой усилитель содержит уст- да от перегрузки является повышение

Ю ройство защиты, которое ограничивает, нелинейных искажений. ток выходного каскада на заданном уров- Бель изобретения - уменьшение не- не в случае перегрузки усилителя по линейных искажений. выходу (например, режим корожого замы- Поставленная цель достигается тем, кания). что в операционном усилителе с защитой

Известен операционный усилитель с выхода от перегрузки, содержащем позащитой выхода от перегрузки, содержа- следовательно соединенные входной каскад щий последовательно соединенные входной с дифференциальным входом с первым ге.каскад с дифференциальным входом с пер- нератором тока, предвыходной каскад с вым генератором тока, предвыходной кас- О вторым генератором тока и выходной двухкад с вторым генератором тока и выходной тактный каскад на транзисторах разного двухтактный каскад на транзисторах раз- типа проводимости, включенных по схеме ного типа проводимости, включенных по с общим коллектором, а также содержасхеме с общим коллектором, а гакже со-, щий первый и второй транзисторы защиты, держащий первый и второй транзисторы >> датчик тока и нагрузку, датчик тока вклю защиты, датчик тока и нагрузку (1) . чен между объединенными эмиттерами

В схеме защиты известного усилителя транзисторов выходного двухтактного ка включение коллекторов защитных транзис«када и нагрузкой, база-эмиттерные переходы

1020971 первого и второго транзисторов защиты, имеющие один тип проводимости, включены встречно-параллельно датчику тока, при этом генераторы тока выполнены управляемыми и управляющий вход первого генератора тока подключен к коллектору первого. транзистора зашиты, а управляющий вход второго генератора тока подключен к коллектору второго транзистора защиты. 10

При этом второй генератор тока вы.Полнен в виде отражателя тока, управляющим входом которого является эмиттер выходного транзистора отражателя тока,, через первый резистор соединенный с 15 соответствующей шиной источника питания, а входной каскад выполнен на последовательно соединенных дифференциальном каскаде с несимметричным выходом и пОвторителе напряжения на транзисторе, 20 в эмиттерной цепи которого включен второй генератор тока, выполненный в виде отражателя тока, управляющим входом которого является эмиттер выходного транзистора отражателя тока, через вто- 25 рой резистор соединенный с соответствующей шиной источника питания °

Кроме того. коллектор выждного транзистора отражателя тока первого генератора тока соединен с объединенными З0 через третий и четвертый резисторы эмиттерами входных транзисторов дифференциального каскада, к несимметричному выходу которого подключен составной транзистор,: включенный по схеме с общим эмиттером. . Причем первый генератор тока выполнен на двухколлекторном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, . один из коллекторов которого соединен с источником постоянного тока, а управляюшйм входом второго генератора тока, является точка соединения обьединенных базы и другого коллектора двухколлек45 . лекторов входных транзисторов дифференциального каскада, к несимметричному иыходу. которого подключены последовательно соединенные транзистор, включенный па схеме с общим коллектором и транзистор, включенный по схеме с об щим эмиттером.

На фиг. 1 представлена структурная схема операционного усилителя с защитой выхода er перегрузки на фиг. 2W у принципиальные электрические схемы операционного усилителя для различного выполнения входного каскада.

Операционный усилитель с зашитой выхода от перегрузки содержит последовательно соединенные входной каскад 1 с дифференциальным входом, предвыходной каскад 2 и выходной двухтактный каскад 3, первый и второй генераторы 4. и 5 тока, первый и второй транзисторы 6 и 7 зашиты 8 тока и нагрузку 9, транзисторы

lO и ll выходного двухтактног О каскада 3, транзистор 12 предвыходного каскада 2, транзисторы 13 и 14 в диодном включении, задающие режим по постоянному току выходному двухтактному каскаду

3, выходной транзистор .15 отражателя тока первого генератора 4 тока, первый резистор 16, выходной транзистор 17 отражателя тока второго генератора 5 тока, второй резистор 18, повторитель

l9 напряжения на транзисторе, в эми терной цепи которого включен второй генератор 5 тока, составной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером на транзисторах 20 и 21, третий и чет вертый.резисторы 22 и 23, двухколлекторный транзистор 24, транзистор 25, включенный по схеме с общим коллекто» ром, и транзистор 26, включенный по схеме с общим эмиттером, Устройство работает следующим образом.

Для пОлОжительнОй полуъолны выход ного сигнала при коротком замыкании выхода усилителя через датчик 8 тока протекает эмиттерный ток транзистора 10 выходного двухтактного каскада 3. Когда падение напряжения на датчике 8 тока достигнет напряжения открывания первого транзистора 6 защиты, этот транзистор открывается и уменьшает эмиттерный и коллекториый ток выходного транзистора 15 отражателя тока первого генератора 4 тока, а следовательно, уменьшает базовый ток транзистора 10 выходного двухтактного каскада 3, таким образом поддерживая на заданном уровне выищной ток короткого замыкания усилителя.При этом, поскольку 1 транзистор 12 предвыходного двухтактного каскада 2 закрыт, падение напряжения на транзисторах 13 и 14 близко к нулю, а транзистор 11 выходного двухтактнс о каскада 3 закрыт (фиг. 2-4).

Для отрицательной полуволны выходного сигнала при коротком замыкании выхода усилителя (фиг. 2) через датчик 8 тока протекает эмиттерный ток транзистора 11 выходного двухтактного каскада

3. Когда падение напряжения на датчике 8

1 6 падение напряжения на датчике 8 тока дост игнет напряжения открывания второг о транзистора 7 зашиты, этот транзистор открывается и управляет вторым гене« ратором 5 тока (транзистор 24) так, что уменьшает коллекторные токи транзисторов днфференпиальиого каскада, а следовательно, и базовый ток транзисторов 25 и 26, выводя последний из насыщения и таким образом, поддерживая на. заданном уровне выходной ток усилителя в режиме короткого замыкания по вьходу.

Приведенные схемы операционного усилителя с зашитой выхода от перегрузки используют два транзистора защиты одного типа проводимости и один датчик тока в цепи зашиты, уменьшая таким образом число контактов металл - полупроводник в цепи, определяющей течность срабатывания защиты..

Поскольку коллекторные переходы транзисторов защиты всегда обратно смещены, то в таких схемах отсутствует импульс большого тока в процессе. закорачивания выхода усилителя на общую шину. (5 102097 тока достигнет напряжения открывания второго транзистора 7 защиты, этот транзистор открывается и уменьшает эмиттерный и коллекторный токи выходного транзистора 17 отражателя тока второго ге- s нератора 5 тока, а следовательно, и базовый ток транзистора. 12 предвыходного каскада 2, выводя его из режима насыщения и таким образом поддерживая на заданном уровне выходной ток усилите. ля в режиме короткого замыКания. Для отрицательной полуволны выходногс сигнала при коротком замыкании выхода усилителя (фиг. 3) через датчик 8 тока протекает эмиттерный ток транзистора 111 выходного двухтактного каскада. Когда падение напряжения на датчике 8 тока достигнет напряжения открывания второго транзистора 7 защиты, этот транзистор открывается и уменьшает эмиттерный и I 20. коллекторный токи выходного транзисто-, ра 17, отражателя тока второго генератора тока 2, а следовательно, и базовый ток транзистора 20, выводя транзисторы

20 и 21 из режима насыщения и таким 2$ образом поддерживая на заданном: уровне выходной ток усилителя в режиме короткого замыкания.

Для отрицательной полуволны выходного сигнала при коротком замыкании вьщода 30 усилителя (фиг. 4) через датчик 8 тока цротекает эмиттерный ток транзистора 11 выходного двухтактного каскада 3. Когда

Кроме того, поскольку коллекторы защитных транзисторов включены в низкоомные цепи, то параэитные емкости zoaлекториых певеходов и переходов коллектор - подложка этих транзисторов не ухудшают динамические свойства всего усилителя. фиг. 2 щедр(Заказ 3915/49 Тираж 93б Подписное филиал ППП Патент, г. Ужгород,ул.Проектная, 4