Устройство с регулируемым усилением

 

Изобретение относится к радиотехнике. Целью изобретения является расширение динамического диапазона входных сигналов . Поставленная цель достигается тем, что в устройстве с регулируемым усилением, содержащем операционный усилитель 1, первый и второй логарифмирующие транзисторы 3 и 4, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы 5 и 6, первый и второй дополнительные транзисторы 7 и 8, резисторы 2, 9, 10, 12, 14, 15, 20. 21, 22, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 и источник сигнала управления 25, наряду с регулировкой коэффициента передачи осуществляется изменение тока покоя логарифмирующих и антилогарифмирующих транзисторов. 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 G 3/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4489370/09 (22) 03.10.88, (46) 15.06.92. Бюл, № 22 (71) Научно-производственное объединение

"Экран" (72) Э.П.Тарасов, С.В.Сидоров и О.Б.Королева (53) 621.396.666(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 11333388000011, кл. Н 03 G 3/20, 1985. (54) УСТРОЙСТВО С РЕГУЛИРУЕМЫМ

УСИЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к радиотехнике.

Целью изобретения является расширение

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам с регулируемым усилением, реализующим принцип электронного управления уровнем сигналов, например звуковой частоты.

Известны технические решения, в которых используются операционный усилитель, логарифмирующие и антилогарифмирующие транзисторы.

Задание режима последних осуществляется с недостаточной точностью. Ограничена величина максимального тока логарифмирующих и антилогарифмирующих транзисторов. Это затрудняет получение малых искажений при широком динамическом диапазоне регулируемых сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство усиления, содержащее операционный усилитель, к выводам питания которого подключены соответствующие шины источника питания, к инвертирующе, Ы,, 1741257 А1 динамического диапазона входных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве с регулируемым усилением, содержащем операционный усилитель 1, первый и второй логарифмирующие транзисторы 3 и 4, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы 5 и 6, первый и второй дополнительные транзисторы 7 и 8, резисторы 2, 9, 10, 12, 14, 15, 20, 21, 22, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 и источник сигнала управления 25, наряду с регулировкой коэффициента передачи осуществляется изменение тока покоя логарифмирующих и ан-. тилогарифмирующих транзисторов. 1 ил. му входу которого подключен входной резистор, неинвертирующий вход подключен к общей шине, первый и второй логарифмирующие транзисторы разного типа проводимости, коллекторы которых подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы, эмиттеры которых подключены к эмиттерам первого и второго логарифмирующих транзисторов соответственно, первый и второй дополнительные транзисторы разного типа проводимости с первым и вторым резисторами в эмиттерных цепях соответственно, база первого дополнительного транзистора подключена к выходу операционного усилителя, другой вход первого резистора подключен к эмиттеру первого логарифмирующего транзистора, база вторЬго дополнительного транзистора подключена к выходу операционного усилителя через конденсатор, другой вывод второго резистора подключен к

1741257

10

30

55 эмиттеру второго логарифмирующего транзистора, пос едовательно соединенные третий резистор, другой вывод которого подключен к первой шине источника питания, и первый диод, последовательно соединенные четвертый и пятый резисторы, другой вывод пятого резистора подключен ко второй шине источника питания, шестой резистор, включенный между коллектором второго дополнительного транзистора и первой шиной источника питания, третий дополнительный транзистор, эмиттер и коллектор .которого подключены соответственно к коллектору второго дополнительного транзистора и через конденсатор к выходу операционного усилителя, база — к точке соединения первого диода с четвертым резистором, токоограничивающий транзистор, база которого подключена к точке соединения четвертого и пятого резисторов, эмиттер — к коллектору первого дополнительного транзистора, коллектор — к второй шине источника питания, транзистор защиты, база которого подключена к точке соединения третьего резистора с первым диодом, эмиттер — к коллектору, второго дополнительного транзистора, коллектор— к первой шине источника питания, последовательно соединенные второй диод и седьмой резистор, включенные между коллектором первого дополнительного транзистора и второй шиной источника питания, четвертый дополнительный транзистор с восьмым резистором в цепи эмиттера, база и коллектор которого подключены к коллектору первого дополнительного транзистора. и через конденсатор — к выходу операционного усилителя соответственно, другой вывод восьмого резистора подключен ко второй шине источника питания, а также источник управляющего сигнала.

В данном устройстве максимально возможный ток логарифмирующих транзисторов практически не ограничивается (т.е. ограничивается значениями максимально допустимых токов этих транзисторов или реверсами источника питания). Это позволяет добиться в устройстве большой перегрузочной способности по регулируемым сигналам. Дополнительными транзисторами задается и стабилизируется исходный ток покоя логарифмирующих и антилогарифмирующих транзисторов с высокой точностью. Последнее говорит о возможности получения малых значений тока покоя, необходимого для снижения уровня шума устройства, но достаточного для получения и малых нелинейных искажений.

Нелинейные искажения при малых значениях токов покоя логарифмирующих и антилогарифмирующих транзисторов могут возникать в соответствующие полупериоды регулируемых сигналов, когда токи транзисторов становятся меньше исходных значений. Если эти токи становятся нулевыми, в транзисторе возникает отечка тока, которую можно избежать точным заданием необходимой величины тока покоя, В прототипе при реализации особо высокой перегрузки по входу (особенно, например, при уменьшенном сопротивлении входного резистора, что полезно для увеличения максимального коэффициента передачи устройства) с введением соответствующего большого затухания уменьшением токов антилогарифмирующих транзисторов становится важным снижение гармонических искажений в логарифмирующих транзисторах, работающих при больших входных токах устройства. Это означает снижение мощности гармонических составляющих регулируемых сигналов в логарифмирующих транзисторах с тем, чтобы они мало были заметны на фоне малых по мощности сигналов (антилогарифмирующих транзисторов) на выходе устройства. куда они проникают.

Для расширения динамического диапазона входных сигналов в устройство с регулируемым усилением введены девятый и десятый резисторы, каждый из которых включены между общей шиной и базой соответственноо второго антилогарифмирующего транзистора и базой первого логарифмирующего транзистора, Г-образный аттенюатор, в продольном плече которого включен одиннадцатый резистор, а в поперечном — две параллельно включенные цепи, первая из которых выполнена в виде последовательно соединенных двенадцатого и тринадцатого резисторов, точка соединения которых подключена к базе первого антилогарифмирующего транзистора, вторая — в виде последовательно соединенных четырнадцатого и пятнадцатого резисторов, точка соединения которых подключена к базе второго логарифмирующего транзистора, шестнадцатый резистор, включенный между другим выводом первого диода и другим выводом четвертого резистора, последовательно соединенные третий диод и семнадцатый резистор, включенные между выходом источника управляющего сигнала, подключенным также к входу Г-образного аттенюатора, и точкой соединения шестнадцатого резистора с четвертым.

Принципиальная электрическая схема устройства с регулируемым усилением показана на чертеже.

1741257

Устройство с регулируемым усилением содержит операционный усилитель 1, входной резистор 2, первый и второй логарифмирующие транзисторы 3 и 4, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы 5 и 6, первый и второй дополнительные транзисторы 7 и 8, первый и второй резисторы 9 и 10, конденсатор 11, третий резистор

12, первый диод 13, четвертый и пятый резисторы 14 и 15, третий и четвертый дополнительные транзисторы 16 и 17, токоограничивающий транзистор 18, транзистор 19 защиты, шестой, седьмой и восьмой резисторы 20, 21 и 22, второй диод 23, источйик 24 питания, источник 25 сигнала управления, девятый — семнадцатый резисторы 26 — 34, третий диод 35. Клемма 36 является выходом устройства, к которому подключены коллекторы антилогарифмирующих транзисторов 5,6.

В режиме покоя примем исходное напряжение источника 25 сигнала управления нулевым. Соответственно напряжение на базах логарифмирующих и антилогарифмирующих транзисторов 3-6 также будет нуле-, вым относительно общей шины.

Напряжения смещения на эмиттерных переходах этих транзисторов можно считать одинаковыми, как и их токи Суммарный ток эмиттеров транзисторов 3 и 5 соответствует эмиттерному току первого дополнительного транзистора 7, а суммарный ток эмиттеров транзисторов 4 и 6 — эмиттерному току второго дополнительного транзистора 8. Абсолютная. величина и стабильность эмиттерных токов транзисторов 7 и 8. определяется параметрами соответствующих цепей отрицательной обратной связи по постоянному току, действие которой обеспечивается с использованием третьего и четвертого до пол нител ьн ых транзисторов

16 и 17, Величины коллекторного тока транзистора 7 и эмиттерного тока транзистора

17 определяются сопротивлениями седьмого резистора 21 и восьмого резистора 22, падения напряжения на которых практически одинаковы, Суммарный ток коллектора транзистора 8 и эмиттера транзистора 16 задается падением напряжения на сопротивлении третьего резистора 12. При этом коллекторные токи транзисторов 16 и 17 практически соответствуют друг другу. Ток через резистор 12 (а также первый диод 13) определяется выбором суммарного сопротивления четвертого, пятого и шестнадцатого резисторов 14, 15 и 33. Потенциал общей точки соединения выводов резисторов 14 и

33 (относительно общей шины) должен примерно соответствовать напряжейию открывания третьего диода 35. При подаче

20

- ва возрастает практически за счет уменьшения токов транзисторов 3 и 4, Это

25 способствует получению низкого уровня

55 переменного тока через входной резистор 2 возникающие токи логарифмирующих и антилогарифмирующих транзисторов 3 и 5, 4 и 6 соответственно равны.

При положительном напряжении источника 25 третий диод 35 закрыт, Через делители из одиннадцатого — пятнадцатого резисторов 28-32 на базы транзисторов 4 и

5 поступает положительное управляющее напряжение, Для правильного управления транзисторами 3 — 6 и осуществления ими своих функций сопротивления резисторов

26, 27, 29 и 32 должны быть одинаковыми и относительно малыми (меньше сопротивления базы логарифмирующего или антилогарифмирую щего транзистора), Получающееся изменение режимов транзисторов 3 — 6 приводит к увеличению коэффициента передачи устройства. При этом токи транзисторов 5 и 6 возрастают, но только до величины исходных токов транзисторов 7 и

8, поэтому коэффициент передачи устройстшума на выходе устройства, причем нелинейные искажения также малы, поскольку уменьшен входной ток через входной резистор 2.

При отрицательном напряжении источника 25 диод 35 открывается. Возникающий постоянный ток через семнадцатый резистор 34 приводит к возрастанию тока смещения через резисторы 12,33 и уменьшению тока через резисторы 14,15.

Результатом является увеличение исходных токов. транзисторов 7 и 8, значения которых достигают и возросшие токи логарифмирующих транзисторов 3,4, причем коэффициент передачи устройства уменьшается, Дальнейшее снижение последнего, т.е. введение затухания регулирующих сигналов, обеспечивается уменьшением токов антилогарифмирующих транзисторов 5 и 6. Благодаря этому увеличение токов логарифмирующих транзисторов 3,4 не может влиять на уровень шума на выходе устройства, в то время как существенно снижаются гармонические искажения или повышается точность в логарифмировании.

Это особенно важно, т.к, ток через входной резистор 2 оказывается максимальным, соответствующим перегрузке по входу устройства, и особенно важным является снижение мощности гармонических составляющих искажений, которые, проникая в выходной сигнал очень низкого уровня при затухании (-40 дБ и более), мало влияют на искажение всего устройства.

1741257

Под влиянием постоянного тока через резистор 34 (и диод 35) изменение режима смещения дополнительных транзисторов

7,8,16,17 сказывается одновременно (и одинаково) на логарифмирующих и антилогарифмирующих транзисторах 3,4 и 5,6, поэтому не влияет на коэффициент передачи устройства.

Пример, Изобретение реализовано в усилительном модуле управляемом УМУ5, на основе которого строится звуковой канал профессиональной звукотехнической аппаратуры. На выходе модуля включен инвертирующий операционный усилитель с отрицательной обратной связью по напряжению параллельного типа. Сопротивление резистора обратной связи принято равным

46,4 кОм, как и для входного резистора 2, При нулевом напряжении источника сигнала 25 управления коэффициент передачи устройства по напряжению (усиление) определяется отношением сопротивлений названных резисторов и равен 1 (О дБ), Исходный ток покоя первого и второго дополнительных транзисторов 7,8 составляет 40 мкА. Максимальное входное и выходное напряжение 8 В.

В диапазоне частот 20-20000 Гц гармонические искажения не превышают 0,05 у,.

Уровень шума на выходе относительно

0,775 В (О дБ) составляет около 90 дБ (измерение со взвешивающим фильтром по кривой А).

Максимальное усиление по напряжению +30 дБ, максимальное затухание — 100 дЕ (при напряжении источника сигнала управления +3 В и — 10 В соответственно).

Гармонические искажения на средних частотах не превышают 0,1, на крайних—

0,2о . При введении затухания суммарный исходный ток покоя логарифмирующих и антилогарифмирующих транзисторов возрастает в (2-3) раза.

Формула изобретения

Устройство с регулируемым усилением, содержащее операционный усилитель, к выводам питания которого подключены соответствующие шины источника питания, к инвертирующему входу которого подключен входной резистор, неинвертирующий вход подключен к общей шине, первый и второй логарифмирующие транзисторы разного типа проводимости, коллекторы которых подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы, эмиттеры которых подключены к амиттерам первого и второго логарифмирующих транзисторов соответственно, первый и второй дополнительные транзисторы раз5

50 ного типа проводимости с первым и вторым резисторами в эмиттерных цепях соответственно, база первого дополнительного транзистора подключена к выходу операционного усилителя, другой вывод первого резистора подключен к эмиттеру первого логарифмирующего транзистора, база второго дополнительного транзистора подключена к выходу операционного усилителя,через конденсатор, другой вывод второго резистора подключен к эмиттеру второго лога рифмирующего транзистора, последовательно соединенные третий резистор, другой вывод которого подключен к первой шине источника питания, и первый диод, последовательно соединенные четвертый и пятый резисторы, другой вывод пятого резистора подключен к второй шине источника питания, шестой резистор, включенный между коллектором второго дополнительного транзистора и первой шиной источника питания, третий дополнительный транзистор, эмиттер и коллектор которого подключены соответственно к коллектору и базе второго дополнительного транзистора, база — к точке соединения первого диода с четвертым резистором, токоограничивающий транзистор, база которого подключена к точке соединения четвертого и пятого резисторов, эмиттер — к коллектору первого дополнительного транзистора, коллектор— к второй шине источника питания, транзистор защиты, база которого подключена к точке соединения третьего резистора с первым диодом, эмиттер — к коллектору второго дополнительного транзистора, коллектор— к первой шине источника питания, последовательно соединенные второй диод и седьмой резистор, включенные между коллектором первого дополнительного транзистора и второй шиной источника питания, четвертый дополнительный транзистор с восьмым резистором в цепи эмиттера, база и коллектор которого подключены к коллектору первого дополнительного транзистора и к коллектору третьего до пол нител ь ного транзистора соответственно, другой вывод восьмого резистора подключен к второй шине источника питания, а также источник управляющего сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона входных сигналов, в него введены девятый и десятый резисторы, каждый из которых включен между общей шиной и базой соответственно второго антилогарифмирующего транзистора и базой первого логарифмирующего транзистора, Г-образный аттенюатор, в продольном плече которого включен одиннадцатый резистор, а в

1741257

iI ) 35

45

Составитель И,Романенко

Техред М,Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор М.Циткина

Заказ 2092 Тираж 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 поперечном — две параллельно включенные цепи, первая из которых выполнена в виде последовательно соединенных двенадцатого и тринадцатого резисторов, точка соединения которых подключена к базе первого антилогарифмирующего транзистора, вторая — в виде последовательно соединенных четырнадцатого и пятнадцатого резисторов, точка соединения которых подключена к базе второго логарифмирующего транзистора, шестнадцатый резистор, включенный между другим выводом первого диода и другим выводом четвертого резистора, последовательно со5 единенные третий диод и семнадцатый резистор, включенные .между выходом источника управляющего сигнала, подключенным также к входу Г-образного аттенюатора, и точкой соединения шестнадцатого

10 резистора с четвертым.