Усилитель переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления

Усилитель переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к усилительной технике. Цель изобретения - повышение стабильности и уменьшение нелинейных искажений при низковольтном однополярном питании. Усилитель переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления содержит первый и второй дифференциальные каскады, выполненные с перекрестным включением коллекторных выводов, отражатель тока 5. неинвертирующий оконечный усилитель 6, дифференциальный регулятор 7, пропорционально-интегрирующую Re-цепь 12 и блок смещения 13. За счет глубокой отрицательной связи по постоянному току

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 G 1/04 Н 03 F 3/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

V

Ql (21) 4714009/09 (22) 03.07,89 (46) 23.06.91. Бюл. ¹ 23 (71) Электротехнический завод им.Х. Пегел ьмана, Рязанский радиотехнический институт (72) М.В.Болотников, Ф.Ф.-P.Ëàóïìàà, В.В.Меер и В.А.Стрик (53) 621.375,026(088.8) (56) Патент Швейцарии ¹ 646555, кл, Н 03 G 1/04, 1984. (54) УСИЛИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С

РЕГУЛИРУЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ

УСИЛЕНИЯ. Ж 1658375 А1 (57) Изобретение относится к усилительной технике. Цель изобретения — повышение стабильности и уменьшение нелинейных искажений при низковольтном однополярном питании. Усилитель переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления содержит первый и второй дифференциальные каскады, выполненные с перекрестным включением коллекторных выводов, отражатель тока 5, неинвертирующий оконечный усилитель 6, дифференциальный регулятор 7, пропорционально-интегрирующую Rc-цепь

12 и блок смещения 13. За счет глубокой отрицательной связи по постоянному току

1658375 (2) 11 — 12 =«Х )1Л h

ОЪх

2КТ через пропорционально-интегрирующую

RC-цепь 12 обеспечивается взаимная компенсация нелинейностей вольт-амперных характеристик первого и второго дифференциальных каскадов; кроме того, обеспечивается и компенсация температурной нестабильности устройства. Собственные нелинейные искажения, вносимые неинвертирующим оконечным усилителем 6, ослабляются обратной связью по переменному току. Низкоомный выход блока смещения 13 гальванически развязывает цепи входного и выходного сигналов, причем ток в выходной цепи может во много раз превышать ток во входной цепи. Влияние напряжения помеИзобретение относится к усилительной технике и может быть использовано в интегральных усилителях переменного тока, работающих от однополярных низковольтных источников питания, Цель изобретения — повышение стабильности и уменьшение нелинейных искажений при низковольтном однополярном питании.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема предложенного усилителя; на фиг.2 — возможный вариант выполнения неинвертирующего оконечного усилителя.

Усилитель переменного тока содержит первый и второй дифференциальные каскады. выполненные соответственно на первом 1 и втором 2, третьем 3 и четвертом 4 транзисторах.отражатель 5 тока, неинвертирующий оконечный усилитель 6, дифференциальный регулятор 7, выполненный на первом — четвертом резисторах 8 — 11, пропорционально-интегрирующую RC-цепь 12 и блок 13 смешения, выполненный на двух равных резисторах 14 и эмиттерном повторителе 15 со скомпенсированным напряжением смещения, резисторы 16 и 17.

Усилитель переменного тока работает следующим образом.

Входной сигнал 0вх переменного тока преобразуется первым дифференциальным каскадом в разность токов где а — коэффициент передачи эмиттерного тока первого 1 и второго 2 транзисторов;

K — постоянная Больцмана;

Т вЂ” абсолютная температура. хи, выделяемого на выходном сопротивлении блока смещения 13. уменьшается вычитающим действием отражателя тока 5 и перекрестным включением коллекторных выводов транзисторов первого и второго дифференциальных каскадов. Выходной потенциал блока смещения 13, равный половине напряжения питания, сохраняется и в условиях нестабильности однополярного питающего напряжения. Это позволяет выделить полезный выходной сигнал на середине линейного участка характеристики, что также способствует минимуму нелинейных искажений, особенно при низковольтном источнике питания. 2 ил, Выходной сигнал Овых переменного тока преобразуется вторым дифференциальЙым каскадом в разность токов

13 — 4 =а 121 и -Г /) где р «1 — коэффициент отрицательной обратной связи (00C) по переменному току, 10 реализуемый параметрами пропорционально-интегрирующей RC-цепи 12.

При этом пропорционально-интегриру, ощая RC-цепь 12 постоянной составляющей создает через третий 3 и четвертый 4

15 транзисторы для неинвертирующего оконечного усилителя 6 контур ООС по постоянному току с коэффициентом ООС, равным j4 = 1. Статическое напряжение на базе четвертого транзистора 4 относитель20 но общей шины равно напряжению 02,3, т.е. первый и второй дифференциальные каскады работают в одинаковом режиме по постоянному и по переменному току. т.е. имеет место равенство

Овх = 0вых ф — 04 - 02,3 (3) В этих условиях уравниваются разности токов I! — I2 и I3 — 14. За счет перекрестного

30 подключения коллекторных выводов первого и второго дифференциальных каскадов (1 и 3, 2 и 4) и с учетом токоинвертирующего действия отражателя 5 тока суммарный ток на входе неинвертирующего оконечного

35 усилителя 6 соответствует разности

Л I (I! I2) (i3 id) и выделяет на эквивалентном входном сопротивлении Явх сигнальное напряжение

40 я, переменного тока

1658375 (5) Учитывая, что неинеертирующий оконечный усилитель 6 обладает высокоомным входом и достаточно большим усилением по постоянному току (не менее 80 дБ), напряжение кс можно считать близким к нулевому значению. Это соответствует равенству

1111 h 2КТ - 112 r h "" j3 (6) которое может быть приведено к виду

qUBx (Ч08. ) 111ЯТ 2КТ) qUBblx p (qUB x

" 2КТ 2кт (7) Из равенства (7) с очевидностью следует тепловая независимость свойств усилителя, а также взаимокомпенсация нелинейности в условиях равенства (3).

Таким образом, из (7) следует, что

25 11 / 1б

00ых = Овх — t 1 + 12 R17 (8) т.е. коэффициент усиления входного сигна30 ла UB при Т11 = Т12 равен 1 + „1б, а его 17 электрическая коррекция (регулирование) осуществляется воздействием на токи 111 и

l12 соответственно. Входной и выходной сигналы имеют общий уровень сдвига U2 з =

Vn

Полезный эффект достигается следующим образом.

Благодаря глубокой ООС по постоянному току, которую обеспечивает пропорционально-интегрирующая RC-цепь 12, взаимно ком енсируются нелинейности вольт-амперных характеристик первого и второго диф- 45 фененциальных каскадов на псременном токе, что показано равенством (6). Кроме того, собственные нелинейные искажения, вносимые неинвертирующим оконечным усилителем 6, ослабляются в 1+ А/3 раз, где

А — эффективное усиление в контуре ООС по переменному току, в пределах полосы пропускания. Низкоомный выход блока 13 смешения гальванически развязывает цепь входного и цепь выходного сигнала, однако ток в выходной цепи может во много раз превышать ток во входной цепи и способен выделить на выходном сопротивлении блока 13 смешения некоторое напряжение помехи. Оно воздействует на базы второго 2 и третьего 3 транзисторов, но эффект его влияния устраняется вычитающим действием отражателя 5 тока и перекрестным включением коллекторных выводов транзисторов первого и второго дифференциальных каскадов.

Наличие глубокой ООС по постоянному току позволяет компенсировать тепловую нестабильность устройства. что следует из равенства (6), Вместе с тем равенство

Оных = 0,5 Чл сохраняется в условиях нестабильности однополярного питающего напряжения (саморазряд батареи питания) и позволяет выделить полезный выходной сигнал на середине линейного участка характеристики по напряжению, что тоже способствует минимуму нелинейных искажений, особенно при низковольтных напряжениях, например, с учетом дрейфа от 1,5 до

1,2 В, В итоге достигается совокупный эффект улучшения стабильности и линейности в сочетании с возможностью работы при однополярном низковольтном напряжении питания, что весьма актуально для миниатюрных усилительных устройств с повышенной экономичностью и улучшенным качеством воспроизведения сигнала. Следствием этого является воэможность регулировать усиление и амплитуду сигнала в нагрузке без существенного риска нелиней+blx искажений.

Выполнение эмиттерного повторителя

15 со скомпенсированным напряжением смещения может быть различным. На фиг.1 он представлен, например, в виде двухкаскадного эмиттерного повторителя на транзисторах со взаимодополнительным типом проводимости, благодаря чему напряжение

+ 0,5 V> е еысокоомной точке соединения резисторов 14 преобразуется практически без дополнительного смещения нуля е эквивалент источника напряжения +0,5Vn на выходе блока 13 смещения. Отражатель 5 тока выполнен по известной двухтранзисторной схеме, а дифференциальный регулятор 7 выполнен для обеспечения минимально-допустимого однополярного напряжения (до

1,5В) питания в виде двух пар деухреэисторных цепочек. Подобное выполнение придает ему инвариантность в отношении физического носителя балансирующих curíà loB — к его управляющим входам могут быть подключены источники напряжения. источники тока или переменные резисторы на основе потенциометра.

Выполнение неинвертирующего оконечного усилителя 6 может быть многовариантным. На фиг.2 приведен простейший пример низковольтного аналога подобного

1658375 усилителя. который содержит согласующий эмиттерный повторитель, усилитель напряжения с динамической нагрузкой и оконечный усилитель мощности из комплементарных многоэмиттерных транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером относительно шины питания и общей шины. В любой ветви подобного усилителя включено не более двух транзисторов, работа которых в усилительном режиме позволяет снизить номинальное питающее напряжение до уровня 1,5 В, а выходной сигнал переменного тока выделять на уровне половины этого напряжения.

Составитель В, Серов

Техред М.Моргентал Корректор Т. Малец

Редактор В, Данко

Заказ 1721 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Усилитель переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления, содержащий первый и второй дифференциальные каскады, выполненные соответственно на первом и втором, третьем и четвертом транзисторах, отражатель тока, общий вывод которого подключен к шине питания, неинвертирующий оконечный усилитель, а также дифференциальный регулятор, выполненный с первым и вторым управляющими входами, с первым и вторым токовыми выходами, подключенными к точкам соединения эмиттеров транзисторов соответствующих дифференциальных каскадов, а также с общим выводом, подключенным к общей шине, при этом базы второго и третьего транзисторов объединены, коллекторы второго и четвертого транзисторов также объединены, коллекторы первого и третьего транзисторов подключены к входу отражателя тока, выход которого подключен к входу неин вертирующего оконечного усилителя, отличающийся тем, что. с целью повышения стабильности и уменьшения не5 линейных искажений при низковольтном однополярном питании, введена пропорционально-интегрирующая RC-цепь и блок смещения, выполненный в виде двух равных резисторов, включенных последовательно

10 между шиной питания и общей шиной, и эмиттерного повторителя со скомпенсированным напряжением смещения, вход которого подключен к точке соединения резисторов, а выход — к объединенным ба15 зам второго и третьего транзисторов, дифференциальный регулятор выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго, третьего и четвертого резисторов, точки соединения первых выводов которых

20 являются соответственно его первым и вторым управляющим входами, вторые выводы первого и третьего резистора — соответственно его первым и вторым токовыми выходами, объединенные вторые выводы второго

25 и четвертого резисторов — его общим выводом, коллектор второго транзистора подключен к входу неинвертирующего оконечного усилителя, выход которого через пропорционально-интегрирующую

30 RC-цепь соединен с базой четвертого транзистора, причем выход неинвертирующего оконечного усилителя и база третьего транзистора являются полюсами двухполюсного выхода устройства, а базы первого и

35 второго транзисторов — полюсами его двухполюсного входа.