Дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления

 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в дифференциальных усилителях с регулируемым коэффициентом усиления. Цель изобретения - расширение диапазона регулировки коэффициента усиления и уменьшение синфазной помехи. Цель достигается тем, что в дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, содержащий дифференциальный каскад, выполненный на транзисторах 1 и 2, первый генератор 3 тока, два дополнительных транзисторов 4 и 5 и второй генератор 6 тока, Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в интегральных усилителях с регулируемым коэффициентом усиления. Известна схема автоматической регулировки усиления, содержащая дифференциальный усилитель на транзисторах, в объединенную эмиттерную цепь которых включен генератор управляющего тока, выполненный на транзисторе, эмиттер которого ч ерез параллельно включенные резистор и прямосмещенный диод подключен к общей шине. введены вспомогательный транзистор 7 и диод 8. Расширение диапазона регулировки коэффициента усиления достигается за счет двойного регулирования усиления дифференциального каскада, а именно: при открывании управляющим сигналом дополнительных транзисторов 4 и 5 происходит уменьшение нагрузки дифференциального каскада и одновременно уменьшается его крутизна за счет перераспределения тока второго генератора 6 тока между током дифференциального каскада и током дополнительных транзисторов 1 и 2. Первый генератор 3 тока задает начальный коэффициент усиления и препятствует полному закрыванию транзисторов 1 и 2 дифференциального каскада, а диод 8 защищает вспомогательный транзистор 7 от обратного напряжения база-эмиттер при перерегулировке. При изменении коэффициента усиления усилитель сохраняет симметрию по отношению к входным и выходным сигналам, что обеспечивает его высокую помехоустойчивость к синфазной помехе. 1 ил. Известна также схема регулирования усиления, содержащая дифференциальный усилитель на транзисторах, коллекторы которых подключены к источнику питания через соответствующие цепочки из диода и резистора, эмиттеры транзисторов объединены с помощью резистивного делителя, к средней точке которого подключен генератор управляющего тока. Недостатками известных устройств являются малый диапазон регулировки коэффициента усиления и большая величина сл С -ч ь 00 ю КЗ VJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 03 G 3/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКН1 СССР

|Р1 0,|2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4782705/09 (22) 12.01.90 (46) 15.07.92. Бюл. N 26 (71) Особое конструкторское бюро моделирующих и управляющих систем . (72) В.П.Золотых, В.П,Иванов и А.П.Бабичев (53) 621.396.666(088.8) (56) Патент США N - 4387309, кл. Н 03 К 5/24, 1984. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

С РЕГУЛИРУЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ

УСИЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в дифференциальных усилителях с регулируемым коэффициентом усиления, Цель изобретения: — расширение диапазона регулировки коэффициента усиления и уменьшение синфазной помехи. Цель достигается тем, что s дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, содержащий дифференциальный каскад, выполненный на транзисторах 1 и 2, первый генератор 3 тока, два дополнительных транзисторов 4 и 5 и второй генератор 6 тока. е

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в интегральных усилителях с регулируемым коэффициентом усиления, Известна схема автоматической регулировки усиления, содержащая дифференциальный усилитель на транзисторах. в объединенную эмиттерную цепь которых включен генератор управляющего тока, выполненный на транзисторе, 3MM1ip которого через параллельно включенные резистор и прямосмещенный диод подключен к общей шине.

„, ЯЦÄÄ 1748227А1 введены вспомогательный транзистор 7 и диод 8. Расширение диапазона регулировки коэффициента усиления достигается за счет двойного регулирования усиления дифференциального каскада, а именно: при открывании управляющим сигналом дополнительных транзисторов 4 и 5 происходит уменьшение нагрузки дифференциального каскада и одновременно уменьшается его крутизна за счет.перераспределения тока второго генератора 6 тока между током дифференциального каскада и током дополнительных транзисторов 1 и 2, Первый генератор 3 тока задает начальный коэффициент усиления и препятствует полному закрыванию транзисторов 1 и 2 дифференциального каскада, а диод 8 защищает вспомогательный транзистор 7 от обратного напряжения база — эмиттер при перерегулировке. При изменении коэффициента усиления усилитель сохраняет симметрию по отношению к входным и выходным сигналам, что обеспечивает его высокую помехоустойчивость к синфазной помехе. 1 ил.

Известна также схема регулирования усиления, содержащая дифференциальный усилитель на транзисторах, коллекторы которых подключены к источнику питания через соответствующие цепочки из диода и резистора, эмиттеры транзисторов объединены с помощью резистивного делителя, к средней точке которого подключен генератор управляющего тока.

Недостатками известных устройств являются малый диапазон регулировки коэффициента усиления и большая величина

1748227

15

25

35

55 синфазной помехи, вОзникающей в процессе регулировки коэффициента усиления, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является усилитель, содержащий дифференциальный каскад, выполненный на транзисторах, в объединенной эмиттерной цепи которых включен первый генератор тока, два дополнительных транзистора, эмиттеры которых подключены соответственно к коллекторам транзисторов дифференциального каскада, а базы являются управляющим входом устройства, и второй генератор тока на транзисторе, коллектор которого соединен, с коллектором дополнительного транзистора, база соединена с коллектором другого дополнительного транзистора непосредственно, а с источником питания — через диод, эмиттер соединен с источником питания, Недастат о у аз у р ляется малый диапазон регулировки коэффициента усиления и большая величина к м к энного ст ойство яввозникающей при этом синфазной помехи.

Ограниченный диапазон регулировки коэффициента усиления объясняется тем, что регулировка усиления осуществляется только за счет изменения сопротивлений дополнительных транзисторов со стороны их эмиттеров. При этом изменение в процессе регулировки коэффициента усиления сопротивлений дополнительных транзисторов to стороны их эмиттеров достигается изменением постоянной составляющей, протекающих через них токов. Поскольку эмиттерные тока дополнительных транзисторов протекают через нагрузочные резисторы их изменение приводит к изменению падения напряжения на нагрузочных резисторах, а следовательно, к возникновению помехи, связанной с регулировкой каэффициента усиления, причем значение помехи тем выше, чем больше диапазон регулировки коэффициента усиления.

Целью изобретения является расширение диапазона регулировки коэффициента усиления и уменьшение синфазной помехи.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, содержащий дифференциальный каскад, выполненный на транзисторах, в объединенной эмиттерной цепи которых включен первый генератор тока, два дополнительных транзистора, эмиттеры которых подключены соответственно к коллекторам транзисторов дифференциального каскада, - а базы являются управляющим входом устройства, и второй генератор така, подключенный к коллектору одного из дополнительных транзисторов, введены вспомогательный транзистор и диод, включенный встречно-параллельна базоэмиттерному переходу вспомогательного транзистора, при этом база вспомогательного транзистора является входом для подачи постоянного напряжения смещения, коллектор подключен к объединенной эмиттерной цепи дифференциального каскада, а эмиттер его и коллектор другого дополнительного транзистора подключены к второму генератору тока.

Предлагаемый усилитель обеспечивает расширение диапазона регулировки коэффициента усиления за счет того, что в и роцессе регулировки у него изменяются не только величины нагрузочных сопротивлений, но и крутизна характеристики транзисторов дифференциального каскада, При этом изменение нагрузочных сопротивлений транзисторов дифференциального каскада осуществляется путем изменений сопротивлений дополнительных транзисторов са стороны их. эмиттеров, которые, в сваю очередь, обусловлены изменением эмиттерных токов, Изменение крутизны характеристики транзисторов дифференциального каскада вызвано изменением их эмиттерных токов, обусловленных изменением тока коллектора вспомогательного транзистора. Так как ток коллектора вспомогательного транзистора равен разности тока второго генератора тока, который в процессе регулировки коэффициента усиления не изменяется, и токов коллекторов дополнительных транзисторов, изменение токов коллекторов дополнительных транзисторов имеет противоположное направление по сравнению с изменением тока коллектора вспомогательного транзистора.

Это приводит к таму, что, например, уменьшением сопротивлений дополнительных транзисторов со стороны их эмиттеров за счет увеличения их эмиттерных токов сопровождается одновременным уменьшением крутизны характеристики транзисторов дифференциального каскада из-за уменьшения их эмиттерных токов.

Поскольку коэффициент усиления равен произведению крутизны характеристики транзисторов дифференциального каскада на сопротивление их нагрузки, одновременное их уменьшение или увеличение существенно расширяет диапазон регулировки коэффициента усиления, В процессе регулировки коэффициента усиления предлагаемый усилитель обеспечивает и существенное уменьшение возникающей при этом синфазной помехи.

Уменьшение синфазной помехи обеспечивается за счет того, что в процессе регули1748227

35 ровки происходит перераспределение коллекторно-эмиттерных токов между дополнительными транзистооами, с одной стороны, и вспомогательным транзистором, сдругой стороны,,при стабилизации их суммарного значения током второго генератора тока. Ток первого генератора в процессе регулировки коэффициента усиления остается постоянным. Сохранение суммарного значения токов дополнительных, вспомогательного транзисторов и первого генератора тока приводит к тому, что в процессе регулировки коэффициента усиления остаются постоянными токи, протекающие че. рез нагрузочные резисторы дифференциального каскада, так как они

on редел я ются, именно, коллекторно-эмиттерными токами указанных транзисторов и первого генератора тока. В свою очередь, сохранение неизменных значений токов, протекающих через нагрузочные резисторы приводит к отсутствию синфазной помехи на выходе предлагаемого усилителя.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого усилителя, Дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления содержит дифференциальный каскад, выполненный на транзисторах 1 и 2 и резисторах и первом генераторе 3 тока, выполненном на транзисторе, прямосмещенном диоде и резистивном делителе, два дополнительных транзистора 4 и 5, базы которых являются управляющим входом, второй генератор 6 тока на транзисторе, вспомогательный транзистор 7, диод 8 и второй вывод источника питания, Дифференциальный усилитель с peryлируемым коэффициентом усиления работает следующим образом.

Сигнал, подаваемый на вход, усиливается транзисторами 1 и 2 дифференциалького каскада и выделяется на резисторах.

Под действием управляющего напряжения, подаваемого на управляющий вход, происходит изменение коллекторно-эмиттерных токов дополнительных транзисторов 4 и 5. Так как суммарное значение токов коллекторов дополнительных транзисторов 4 и 5 и тока эмиттера вспомо гательного тоанзистора 7 стабилизировано током второго генератора 6 тока, изменения коллекторно-эмиттерных токов дополнительных транзисторов 4 и 5, с одной стороны, и вспомогательного транзистора 7, с другой стороны, имеют противоположное направление. Поскольку коллекторно-эмиттерный ток вспомогательного транзистора 7 протекает через транзисторы 1 и 2, то можно утверждать, что в процессе регулировки коэффициента усиления коллекторно-эмиттерные токи транзисторов 1 и 2 и дополнительных транзисторов 4 и 5 изменяются в противоположных направления, Так как входное сопротивление транзистора со стороны эмиттера обратно пропорционально величине его коллекторного тока, а крутизна прямо пропорциональна величине этого тока, то противоположные изменения токов коллекторов дополнительных транзисторов

4 и 5 и транзисторов 1 и 2 приводят к одновременному уменьшению или увеличению (в зависимости от направления изменения управляющеЮ напряжения, подаваемого на управляющий вход) крутизны и входных сопротивлений соответственно транзисторов 1 и 2 и дополнительных транзисторов 4 и 5. Так как коэффициент усиления предлагаемогодифференциального усилителя прямо пропорционален произведению крутизны транзисторов 1 и 2 на сопротивление их коллекторной нагрузки, которая, в основном, определяется величиной входных сопротивлений дополнительных тран- зисторов 4 и 5 со стороны их эмиттеров, диапазон регулировки коэффициента усиления предлагаемого дифференциального .усилителя существенно шире чем у прототипа. Наличие первого генератора тока предотвращает полное запирание транзисторов

1 и 2 при запирании вспомогательного транзистора 7 итем самым позволяетустановить минимальное значение коэффициента усиления. Диод 8, включенный так, что в нормальном режиме он находится в закрытом состоянии, при перерегулировке, когда токи коллекторов дополнительных транзисторов

4 и 5 увеличиваются настолько, что вспомогательный транзистор 7 запирается и потенциал его эмиттера становится выше, чем потенциал базы, отпирается и тем самым предотвращает выход из строя вспомогательного транзистора 7 из-за пробоя его эмиттерного перехода обратным напряжением, которое в отсутствие диода 8 могло достичь разности потенциалов между средней точкой резистивного делителя и коллектором транзистора 1(2), Уменьшение синфазной помехи, возникающей в процессе регулировки коэффициента усиления, достигается за счет того, что суммарное значение токов, протекающих через резисторы и стабилизировано токами первого и второго генераторов тока, выполненных на транзисторах.

Использование новых элементов— вспомогательного транзистора 7 и диода 8 с их связями — выгодно отличает предлагаемый дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления от

1748227 прототипа, так как позволяет существенно расширить диапазон регулировки коэффициента усиления и уменьшить возникающую при этом синфазную помеху, При этом, если учесть, что при изменении постоянной 5 составляющей тока эмиттера величина крутизны транзистора и его входное сопротивление со стороны эмиттера изменяются в одно и то же количество раз (хотя эти изменения направлены в противоположные сто- 10 роны), становится очевидным, что при одном и том же изменении токов эмиттеров дополнительных транзисторов 4 и 5 диапазон изменения коэффициента усиления предлагаемого дифференциального усили- 15 теля практически равен квадрату диапазона изменения коэффициента усиления прототипа, т,е, если отношение максимального значения коэффициента усиления к минимальному у прототипа равно, например, 10, 20 то у предлагаемого это отношение будет равно примерно 100.

Синфазная помеха предлагаемого усилителя стремится к нулю за счет того, что 25 суммарное значение токов, протекающих через резисторы, стабилизировано токами коллекторов транзисторов. В то же время у прототипа величина синфазной помехи в зависимости от диапазона регулировки коэф- 30 фициента усиления может достичь единиц вольт, Формула изобретения

Дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, содержащий дифференциальный . каскад, выполненный на транзисторах, в объединенной эмиттерной цепи которых включен первый генератор тока, два дополнитель- ных транзистора, эмиттеры которых подключены соответственно к коллекторам транзисторов дифференциального каскада, а базы являются управляющим входом устройства, и второй генератор тока, подключенный к коллектору одного из дополнительных транзисторов. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона регулировки коэффициента усиления и уменьшения синфазной псмехи, в него введены вспомогательный транзистор и диод, включенный встречно параллельно базоэмиттерному переходу вспомогательного транзистора, при этом база вспомогательного транзистора является входом для подачи постоянного напряжения смещения, коллектор подключен к объединенной эмиттерной цепи дифференциального каскада, а змиттер его и коллектор другого дополнительного транзистора подключены к второму генератору тока.