Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ, содержащий основной транзистор, включенный по схеме с общим коллектором, одной структуры, дополнительный транзистор , включенный по схеме с общим эмиттером, другой структуры, коллектор которого соединение одним выво« -- П --:;., г,:.;,:; « l-;j Jiiv-i.c;.,, I дом первого резистора, причем одно плечо его цепи базового смещения выполнено на втором резисторе, один вывод которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения наде 8зости путем уменьшения мощности рассеивания , в него введен дифференциальный оптрон, светодиод которого включен впрямом направлении между другим выводом первого резистора и общей шиной, первый фотодиод, включенный в обратном направлении в цепь базы основного транзистора, а второй фотодиод,включенный в обратном направлении - между эмиттером основного транзистора и общей шиной, при- Щ чем между базой дополнительного тран (Л зистора и другим выводом второго резистора введен стабилитрон. с:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) 3(Щ Н 03F 3/50; Н 03F 17 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ыв

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,,"„

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .ь, .;,,...-;, .

1 (21) 3545984/18-09 (22) 31.01.83 (46) 03.04.84. Бюл. М 13 (72) Ю.К. Гришин и Э.В.Ланьшин (53) 621.375.132.3(088.8) (56) 1. Фишер Дж.Э. и др. Электроника — от теории к практике. Пер.с англ. М., Энергия, 1980 с.190199.

2. Авторское свидетельство СССР

М 462269, кл. Н 03 F 3/50, 1972 (прототип) . (54) (57) ЭМИТТЕРН61Й ПОВТОРИТЕЛЬ, содержащий основной транзистор, включенный по схеме с общим коллектором, одной структуры, дополнительный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, другой структуры, коллектор которого соединен с одним выводом первого резистора, причем одно плечо era цепи базового смещения выполнено на втором резисторе, один вывод которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надев@ости путем уменьшения мощности рассеивания, в него введен дифференциальный оптрон, светодиод которого включен в прямом направлении между другим выводом первого резистора и общей шиной, первый фотодиод, вкл;оченный в обратном направлении в цепь базы основного транзисгора, а второй фотодиод,включенный в обратном направлении — между эмиттером основного транзистора к общей шиной, причем между базой дополнительного транзистора и другим выводом второго резистора введен стабилитрон.

1084967

Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано в качестве согласующего или разделительного каскада с повышенным входным сопротивлением в электронных устройствах, работающих в широ- 5 ком диапазоне частот или в устройствах постоянного тока.

Известны эмиттерные повторители, содержащие биполярные транзисторы, с нагрузками в эмиттерных цепях (1).

Наиболее близким к изобретению является эмиттерный повторитель, содержащий основной транзистор, включенный по схеме с общим коллектором, одной структуры, дополнительный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, другой структуры, коллектор которого соединен с одним выводом первого резистора, причем одно плечо его цепи базового смещения выполнено на втором резисторе, один вывод которого соецинен с общей шиной (2 3.

Недостатком известных эмиттерных повторителей является недостаточно высокая надежность.

Цель изобретения — повышение надежности устройства путем уменьшения мощности рассеивания.

Поставленная цель достигается тем, что в эмиттерный повторитель, содержащий основной транзистор, включенный по схеме с общим коллектором, одной структуры, дополнительный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, другой структуры„ коллектор которого соединен с одним выводом первого резистора, причем одно плечо его цепи базового смещения выполнено на втором резисторе, один вывод которого соединен с об- 49 щей шиной, введен дифферен;иальный оптрон, светодиод .которого включен в прямом направлении между другим выводом первого резистора и общей шиной, первый фотодиод, включенный 45 в обратном направлении в цепь базы основного транзистора, а второй фотодиод, .включенный в обра †к направлении, между эмиттером основного транзистора и общей шиной, причем между базой дополнительного транзистора и другим выводом второго резистора введен стабилитрон.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема прецлагаемого эмиттерного повторителя.

Эмиттерный повторитель содержит основной транзистор 1,включенный по схеме с общим коллектором„ одной структуры, дополнительный транзистор

2, включенный по схеме с общим эмит- О0 тером, другой структуры, первый резистор 3, цепь 4 базового смещения, второй резистор 5 цепи базового смещения дифференциальный оптрон 6, светодиод 7 дифференциального оптрона, первый фотодиод 8, включенный в обратном направлении, второй фотодиод 9, включенный в обратном направлении дифференциального оптрона, стабилитрон 10, третий резистор 11 нагрузки.

Эмиттерный повторитель работает следующим образом.

При включении питающего напряжения эмиттерного повторителя в цепи светодиода 7 появляется toK в момент времени, когда нарастающее напряжение на шике питания превысит уровень переключения доцолнительного транзистора 2, определяемого напряжением стабилизации стабилитрона 10.

Ток, протекающий через светодиод

7, обеспечивает работу первого и второго фотодиодов 8 и 9, оптически подключенных к светодиоду 7, в вентильном режиме (в режиме генерации фото-ЭДС).

При отсутствии входного сигнала ток в базовой цепи основного транзистора 1 не про .екает, в результате чего на третьем резисторе 11 нагрузки, а соответственно, и выходе сигнал также отсутствует. Протекающий в эмиттерной цепи основного транзистора 1 неуправляемый ток, величина которого для кремниевых транзисторов не превышает нескольких десятков микроампер во всем температурном диапазоне работы, не вызывает появления на третьем резисторе 11 на грузки паразитного положительного потенциала, т.е, неуправляемый ток полностью шунтируется вторым фотодиодом 9, работающим в вентильном режиме. При этом на третьем резис-. торе 11 нагрузки присутствует незначительный отрицательный потенциал, обусловленный наличием фото-ЭДС второго фотодиода 9,. что обеспечивает высокую помехоустоичивость каскадов, подключенных к выходу эмиттерного повторителя в широком температурном дипазоне, когд- тепловые токи основного транзистора 1 возрастают.

При поступлении на вход входного сигнала в базовой цепи основного транзистора 1 появляется ток, величина которого определяется входным сопротивлением эмиттерного повторителя, а на третьем резисторе 11 нагрузки появляется выходной сигнал, амплитуда которого практически не отличается от амплитуды входного сигнала, так как падение напряжения на перехоце база-эмиттер основного транзистора 1(0 5 В) практически полностью компенсируется напряжением фото вЂ Э первого фотодиода 8 (0,45-0,5 Б), ра,îòàþùåãî ь- вентильном режиме. Это позволяет обеспечить коэффициент передачи по напряжению эмиттерного повторителя практически равным единице и линейным (и даже

1084967

4 в области малых нходных напряжений) .

При этом второй фотодиод 9 не оказывает никакого влияния на величину напряжения на третьем резисторе ll так как второй фотодиод 9 в этом случае работает в фотодиодном режиме и через него протекает незначительный ток от шины питания через открытый основной транзистор 1.

Коэффициент усиления основного транзистора 1 должен выбираться !О таким, что входной ток эмиттерного повторителя во всем рабочем диапазоне входных напряжений обеспечивает работу первого фотодйода 8 в вентильном режиме, т.е. входной ток эмиттер-15 ного повторителя определяется его входным сопротивлением и не ограничивается светодиодом 7 во всем рабочем диапазоне изменения входного напряжения. 20

В случае, если амплитуда входного сигнал<. "-.ыходит за пределы . рабочего диапазона и превышает напряжение на шине питания, входное сопротивление эмиттерного повторителя2 снижается, так как входное напряжение превышает то напряжение, которое может развиться на третьем резисторе

11 нагрузки, Однако входной ток эмиттерногo повторителя существенно не изменится, так как первый фотодиод 8 перейдет из вентильногo режима работы н фотодиодный режим, и нходной ток эмиттерного повторителя в этом случае ограничивается током первого фотодиода 8, который в свою З очередь определяется током через светодиод 7 и задается с помощью . первого резистора 3 и коэффициентом передачи оптоэлектронной пары светодиод 7 — первый фотодиод 8. Ограничение входного тока эмиттерного повторителя с помощью первого фотодиода 8 исключает возникновение аварийной ситуации при попадании на вход эмиттерного повторителя значительных по величине напряжений.При случайном или преднамеренном снятии напряжения питания с шины питания (или уменьшении этого напряжения) через светодиод 7 прекращается ток в момент дости- 5О жения напряжением на шине питания значения, соответствующего порогу выключения дополнительного транзистора 2. Прекращение тока через светодиод 7 приводит к прекращению тока и через первый фотодиод 8, в результате чего входной ток эмиттерного повторителя уменьшается практически до нуля, несмотря на то, что на входе в это время может присутствовать значительное напряжение. Это позволя-6() ет исключить возможность вывода из строя элементов эмиттерного повторителя и элементов электронных каскадов, согласуемых с помощью эмиттерного повторителя. 65

При случайном коротком замыкании третьего резистора 11 нагрузки в предлагаемом эмиттерном новторителе автоматически ограничинается мощность, рассеиваемая на основном транзисторе

1, так как в этом случае с помощью первого фото@иода 8 ограничивается рост базового тока основного транзистора 1, а при этом соответственно ограничивается и ток через коллекторный и эмиттерный переходы основного транзистора 1 (в этом случае мощность, рассеиваемая на основном транзисторе 1, определяется током первого фотодиода 8 и коэффициентом усиления основного транзистора 1).

При этом, благодаря ограничению нходного тока эмиттерного повторителя с помощью первого фотодиода 8, исключаются перегрузка и выход из строя источника сигналов (объекта контроля), выход которого подключается к входу.

В ряде случаев, при использовании эмиттерных повторителей в качестве буферного каскада с высоким входным сопротивлением в приборах диагностики и контроля состояний логических микросхем, когда вход эмиттерного повторителя подключается к слаботочным элементам объекта контроля, недопустимым является даже небольшое и кратконременное уменьшение входного сопротивления буферного каскада при включениях и выключениях напряжейий питания приборов диагностики и контроля. В этом случае даже небольшое уменьшение входного сопротивления буфернor о каскада при коммутации напряжения питания может нарушить логику работы объекта контроля(например, триггерных схем н объекте контроля), что является недопустимым, так как при этом может нарушиться выполняемая объектом контроля функция.Для исключения такого явления н предлагаемом эмиттерном повторителе необходимо чтобы межцу вхо,ным сигналом и порогом переключения дополнительного транзистора 2 выдерживалось соотношение где0 — максимальная величина рабоВХ еаза чего напряжения входного сигнала; порог срабатывания дополнительного транзистора 2.

При соблюдении этого неравенства, н процессе уменьшения напряжения питания эмиттерного понторителя (при ныключении питания), ток через светодиод 7, а соотнетственно, и через первый фотодиод 8 прекращается раньше, чем поступает равенство напряжений на шине питания и входе эмиттерногo повторителя.

При нарастании напряжения питания эмиттерного повторителя (при включе1084967 нии питания) светодиод 7, а соответственно, и первый фотодиод 8 включаются после того, когда напряжение питания на шине превысит напряжение на входе эмиттерного повторителя.

При уменьшении амплитуды сигнала 5 на входе до нуля (фронт спада входного сигнала), на выходе эмиттерного повторителя сигнал также спадает до нуля, а второй фотодиод 9 переходит из фотодиодного режима опять н вентильный режим работы. При этом переход второго фотодиода 9 н вентильный режим ускоряет разряд паразитных емкостей, подключенных к выходу эмиттерного повторителя (например, входных емкостей последующего каскада), в результате чего на третьем резисторе 11 формируется более крутой задний фронт и, как следствие, пОвышается быстродействие повторителя при выключении.

В процессе работы эмиттерного повторителя первый фотодиод 8 постоянно облучается фотонами, излучаемыми светодиодом 7, в результате частотные GBQAGTBB эмиттерного повторителя не ограничиваются частотными свойствами первого фотодиода

8, поэтому предельная частота работы эмиттерного повторителя может на несколько порядков превосходить 30 предельную частоту работы оптоэлектронной пары светодиод 7 — первый фотодиод 8.

Таким образом, н предлагаемом эмиттерном повторителе, благодаря 35 введению светодиода оптически и дифференциально подключенного к двум фотодиодам, достигаются более низкая величина входного (порогового) напряжения за счет компенсирую- 40 щего действия фото-ЭДС первого фотодиода и более высокий и линейный коэффициент передачи по напряжению; защита входной цепи от перегрузок по напряжению, как во включенном, так и выключенном состоянии эмиттерного повторителя; высокое нходное сопротивление при выключенном источнике питания эмиттерного повторителя. Кроме того, исключас:тся импульсная подгрузка источника сигнала при включениях и выключениях источника питания эмиттерного повторителя за счет выбора соответствующего порога переключения дополнительного транзистора 2,ограничивается рассеиваемая мощность эмиттерного повторителя и защищается источник сигнала от перегрузок по"току при коротком замыкании эмиттерной нагрузки (без снижения коэффициента передачи по напряжению), повышается помехоустойчивость при отсутствии входного сигнала, так как благодаря второму фотодиоду 9 исключается влияние неупранляемых токов основного транзистора 1 на последующие каскады, при этом также повышается и быстродействие эмиттерного повторителя при выключении. Благодаря дифференциальному оптическому подключению фотодиодов к светодиоду обеспечивается высокая временная и температурная стабильность параметров эмиттерного повторителя, так как под действием дестабилизирующих факторов проводящие снойства фотодиодов изменяются в одинаковой степени.

Предлагаемый эмиттерный повторитель может найти широкое применение во входных устройствах сигнатурных и логических анализаторов, н приборах для измерения параметров логических микросхем, а также в датчиках текущего контроля слаботочных объектов.

Практическая реализация схемы эмиттерного повторителя может быть выполнена с применением кремниевых транзисторов типа КТ 316 Д и дифференциального оптрона типа КОЦ 302 В.

При этом расчетный частотный диапазон работы эмиттерного повторителя составляет: от постоянного тока до

50 МГц.

Структура электрической схемы эмиттерного повторителя позволяет выполнить его в виде гибридной интегральной схемы.

1084967

Составитель Н.Дубровская

Редактор Н.Бобкова Техред И.Метелева КорректоР A.äýÿòêî

Заказ 2034/52 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4