Широкополосный усилитель
Изобретение относится к усилительной технике широкополосного усиления. Цель изобретения - увеличение площади усиления. Широкополосный усилитель содержит последовательно соединенные входной истоковый повторитель 1, межкаскадный корректирующий двухполюсник 2, первый усилительный каскад на транзисторе 3, включенном с общей базой, второй усилительный каскад в виде первого дифференциального каскада на транзисторах 4 и 5 с динамической нагрузкой, представляющей собой второй дифференциальный каскад на транзисторах 6 и 7, и с цепью отрицательной обратной связи. Последняя выполнена в виде третьего дифференциального каскада на транзисторах 8 и 9. При этом коллектор транзистора 6 соединен с коллектором транзистора 4, база и коллектор которого является соответственно входом и выходом второго усилительного каскада, базы транзисторов 8 и 9 подключены соответственно к выходу выходного повторителя 13 и к шине опорного напряжения, коллекторы транзисторов 8 и 9 подключены соответственно к базам транзисторов 7 и 6, к коллектору транзистора 3 подключен вход короткозамкнутой на конце линии 18 с распределенными параметрами, нагруженной на входе на коллекторную нагрузку 19 транзистора 3, которая равна волновому сопротивлению линии 18. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)ю Н 03 F 1/42
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4600887/09 (22) 20.09.88 (46) 23.07;91, Бюл. ¹ 27 (71) Институт кибернетики им. В. М. Глушкова (72) А. Д. Бех, В. В. Чернецкий и Д. А. Бех (53) 621.375.024(088.8) (56).Войшвилло Г. В. Усилительные устройства, — М.; Радио и связь, 1983, с. 246, рис.
8. 13, (54) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к усилительной . технике широкополосного усиления, Цель ., изобретения — увеличение площади усиления. Широкополосный усилитель содержит последовательно соединенные входной исToKoBblA повторитель 1, межкаскадный корректирующий двухполюсник 2, первый усилительный каскад на транзисторе 3, включенном с общей базой, второй усилительный каскад в виде первого дифференциального каскада йа транзисторах 4 и 5 с
„„Я „„1665497 А1 динамической нагрузкой, представляющей собой второй дифференциальный каскад на транзисторах 6 и 7, и с цепью отрицательной обратной связи. Последняя выполнена в виде третьего дифференциального каскада на транзисторах 8 и 9. При этом коллектор транзистора 6 соединен с коллектором транзистора 4, база и коллектор которого являются соответственно входом и выходом второго усилительного каскада, базы транзисторов 8 и 9 подключены соответственно к выходу выходного повторителя 13 и к шине опорного напряжения, коллекторы транзисторов 8 и 9 подключены соответственно к базам транзисторов 7 и 6, к коллекторутранзистора 3 подключен вход короткозамкнутой на конце линии 18 с распределенными параметрами, нагруженной на входе на коллекторную нагрузку 19 транзистора 3, которая равна волновому сопротивлению линии
18. 1 ил.
1665497 во втором усилительном каскаде является второй транзистор 4. Для этого каскада ха- 55 рактерно отсутствие цепей коррекции в колИзобретение относится к усилительной технике и может быть использовано в телевизионных измерительных устройствах, а также B радиолокационных устройствах.
Цель изобретения — увеличение площади усиления, На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства, Широкополосный усилитель содержит входной истоковый повторитель 1, межка скадный корректирующий двухполюсник 2, первый усилительный каскад на первом ,,транзисторе 3, второй 4, третий 5, четвер тый 6, пятый 7, шестой 8 и седьмой 9 транзисторы, первый 10, второй 11 и третий 12 генераторы тока, выходной повторитель 13, первый 14, второй 15, третий 16 и четвертый 17 резисторы, короткозамкнутую на конце линию 18 с распределенными параметрами, коллекторную нагрузку 19 первого транзистора 3.
Устройство работает следующим образом, Входной сигнал поступает на вход входного истокового повторителя 1. В ыбором типа транзистора обеспечивается частота, среза входного истокового повторителя 1 значительно выше граничной частоты f
Основным усилительным транзистором лекторной цепи, благодаря чему второй транзистор 4 имеет максимально возможную площадь усиления. Частота среза цепи внутренней обратной связи второго транзи5
50 стора 4 foe обеспечивается значительно выше верхней граничной частоты широкополосного усилителя fey благодаря тому, что базовая цепь второго транзистора 4 имеет малое сопротивление в виде короткозамкнутой на конце линии 18 с распределенными параметрами, нагруженной на коллекторную нагрузку 19, величина кото-, рой выбрана равной волновому сопротивлению, Короткозамкнутую на конце линию 18 с распределенными параметрами на частотах ниже частоты первого резонанса, при которой длина волны в линии меньше четырехкратной ее длины, представляют в виде ее погонного сопротивления R> и индуктивности L>. При этом нагрузка первого транзистора 3 представляет собой последовательную
R)L1 цепь, которая зашунтирована волновым сопротивлением Rg в виде коллекторной нагрузки 19. Если известен ток коллектора iK< первого транзистора 3, то выходное напряжение первого усилительного каскада можно представить в виде
Ri . R1
Rb + jCuL>—
021 = 41 „+
Ь 1 (яь+Ri)(1 -)ш — —
Учитывая, что R>< Re и вводя обозначение L>/R<= r <, получим
021= IK1R1(1+ 01Г1), (1)
Так как lg1=5101, где S1 — крутизна преобразования входного напряжения 0> в ток коллектора первого транзистора 3, то коэффициент усиления первого усилительного каскада равен
K1=S1R1(l+ )ЙИ 1). (2)
Определим коэффициент передачи второго усилительного каскада, при подаче на базу второго транзистора 4 напряжения 0д. Входное напряжение вызывает ток эмиттера второго транзистора 4, равный
02>
2r> где r> — сопротивление эмиттерного перехода, причем гэ = — —, 1о где р — тепловой потенциал 1Π— ток первого генератора 10 тока.
Следовательно, 02110 э 4р а ток коллектора
1кг = 4, (3) где а — коэффициент передачи тока эмиттера.
1665497 (4) Zk а выходное напряжение второго усилительного каскада без учета действия цепи обратной связи равно
U22 =I ?Zk = U21
Коэффициент передачи второго каскада без учета действия цепи обратной связи равен
2loR
Кгмакс = (5) Такой коэффициент усиления может быть реализован только при абсолютном равенстве токов смещения эмиттерных переходов второго 4 и четвертого 6 транзисторов. При равенстве токов принципиально возможен активный режим работы второго.транзистора 4. Однако для практической реализации равенства токов и, следовател но, площади усиления второго усилительного каскада, близкой к максимальной, вводится цепь обратной связи в виде третьего дифференциального каскада на шестом 8 и седьмом 9 транзисторах, который сравнивает выходное напряжение выходного повторителя 13 с опорным напряжением.
Выходное напряжение второго усилительного каскада с учетом действия цепи обратной связи равно
U22O=(i Кг — Ioc)ZK, (6) где Ioс — ток обратной связи, создаваемый четвертым транзистором 6 на нагрузке ZK.
Напряжение U220 является входным для шестого транзистора 8, ток коллектора которого записывается в виде
U220Ioc ко где ioc — ток третьего генератора 12 тока;
R — сопротивление первого резистора
14, Разность напряжений на коллекторах шестого 8 и седьмого 9 транзисторов имеет вид 220 ос ко
UKo = 2iKORKO = 2 + ос э
Коллекторной нагрузкой второго транзистора 4 является параллельная RС-цепь.
Емкость цепи состоит из коллекторной емкости второго 4 и четвертого 6 транзисторов и входной емкости выходного повторителя
13. Сопротивление цепи образуют параллельно включенные выходные сопротивления второго 4 и четвертого 6 транзисторов, Сопротивления нагрузки для коллекторных токов второго 4 и четвертого 6 транзисторов равно где R« — сопротивление второго резистора
15.
Напряжение 0«является входным для четвертого 6 и пятого 7 транзисторов, Поэтому
5 ток обратной связи
UKo ion U220IoclonRKo яея т;иа где Ipo — ток второго генератора 11 тока.
Решая совместно выражения (6), (3) и (7), (4), найдем а0211о2к (8)
IocIonRKo
" " "2уут + locRs
Коэффициент передачи второго усилительного каскада с учетом действия цепи обратной связи равен
0220 QloZk (9) 21 Ыос!опRKo
4рт +
2 + 1ос э
Поскольку 2 уут« lосRэ, 4 0тйэ« ionR Zlt — — — ииС и в установившемся режиме Io=loo, то имеем 1 э 1 Rêî 1 + )ИГос (10) 4ц7т Рвэ где - тос = С Коэффициент передачи всего широкополосного усилителя имеет вид Kø = К1К2 При равенстве постоянных времени т1 = тос, т.е. пРи выбоРе паРаметРов схемы широкополосного усилителя такими, чтобы выполнялось равенство L1 4уутйэС (11) 40 R1 IoRKo коэффициент передачи является частотнонезависимым S1R 1 > (12) ко 45. Равенство (12) выполняется в диапазоне частот, где справедлива аппроксимация (1) выходного напряжения первого усилительного каскада, нагруженного на короткозамкнутую на концелинию18с распределенными 50 параметрами. Учитывая, что f» соответствует спаду амплитудно-частотной характеристики широкополосного усилителя на ЗдБ, f» практи55 чески совпадает с частотой первого резонанса короткозамкнутой на конце линии 18 с распределенными параметрами. Если известна скорость распространения колебаний в выбранной линии Vo и ее погонная индуктивность Lo, то 1665497 Составитель В.Серов Техред М.Моргентал Редактор Г.Гербер Корректор Э,Лончакова Заказ 2399 Тираж 454 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, yn,Гагарина, 101 VoLo ву — р— L1 (13) Совместное решение (13) и (11) дает VoLo1QRgp 16Р R1R>С "4) Предложенный широкополосный усилитель имеет повышенную площадь усилеНия, более линейную фазовую характеристику Н повышенную устойчивость работы, Формула изобретения Широкополосный усилитель, содержа1ций последовательно включенные входной Истоковый повторитель, межкаскадный корректирующий двухполюсник, первый усили тельный каскад, выполненный на первом транзисторе, включенном по схеме с общей базой, второй усилительный каскад, выполНенный с цепью отрицательной обратной связи, и выходной повторитель, причем межкаскадный корректирующий двухполюсник выполнен в виде параллельной RCЦепи, отличающийся тем, что, с целью увеличения площади усиления, к коллектору Первого транзистора подключен вход короткозамкнутой на конце линии с распределенНыми параметрами, второй усилительный каскад выполнен в виде первого дифференциального каскада на втором и третьем транзисторах с первым генератором тока в об цей эмиттерной цепи транзисторов и с коллекторной нагрузкой в виде второго диф-. ференицального каскада на четвертом и пя5 том транзисторах с вторым генератором тока в общей эмиттерной цепи транзисторов, цепь отрицательной обратной связи выполнена в виде третьего дифференциального каскада на шестом и седьмом транзи10 сторах, на первом и втором, третьем и четвертом резисторах в эмиттерных и коллекторных цепях каждого транзистора и на третьем генераторе тока в общей змиттерной цепи транзисторов, при этом коллектор 15 четвертого транзистора соединен с коллектором второго транзистора, база и коллектор которого являются соответственно входом и выходом второго усилительного. каскада, базы ujåñòîrî и седьмого транзи20 сторов подключены соответственно к выходу выходного повторителя и к шине опорного напряжения, коллекторы шестого и седьмого транзисторов подключены соответственно к базам пятого и четвертого транзисторов, а 25 коллекторная нагрузка первого транзистора выбрана равной волновому сопротивлению короткозамкнутой на конце линии с распределенными параметрами.
