Полупроводниковый усилитель

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

K mm n

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4879201/09 (22) 33.0890 (46) 15М.ВЭ Бел. Ne Ю-42 (76) Шейн Леонид Иосифович (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Использование: дпя усиления мощности и преобразования сигнапое постоянного тока Сущность изобретения ycrpoQcrao содержит последовательно соединенные первый и второй транзисторы с противоположными структурами Один вывод ис(в) RU (и) 200321á С1 (Я) 5 Н(тЗРМ 33 точника тока который жляется источником входного сигнала соединен с базой первого транзистора а другой вывод соединен с общей юеой Между точкой соединения резистора нагрузки и стабьаитрона и базой первого транзистора введен резистор обратной связи, коллектор второго транзистора соединен с шиной питания, эмиттер подключен через стабилитрон и резистор нагрузки к общей шине, а через двухполюсник подключен к второй шине питаний 2 ил.

2003216

15

35

Изобретение относится к транзисторным усилителям электрических сигналов и может быть применено для усиления мощности и преобразования сигналов постоянного тока.

Известны полупроводниковые усилители постоянного тока, осуществляющие стабилизированное усиление входного тока и преобразование его в выходное напряжение. Удобство эксплуатации усилителей повышается за счет того, что они допускают подключение к общей шине устройства их электропитания, устройства нагрузки и источника входного тока.

Известен многокаскадный полупроводниковый усилитель, охваченный общей параллельной отрицательной обратной связью по напряжению и имеющий на выходе балансный каскад.

Недостатком этого усилителя является сложность его эксплуатации, заключающаяся в том, что усилитель должен быть подключен к трехполюсному устройству электропитания, имеющему мощность не меньшую, чем потребляемая усилителем совместно с устройством нагрузки.

Более простым по условиям эксплуатации является транзисторный усилитель, включающий балансный каскад, подключенный к двухполюсному источнику электропитания.

Однако этот усилитель не обеспечивает возможность подключения к общей шине устройства нагрузки. Такую возможность обеспечивает инвертирующий транзисторный усилитель, стабилизированный общей параллельной отрицательной обратной связью по напряжению и подключенный к двухполюсному устройству электропитания.

Недостатком этого усилителя является низкая точность преобразования постоянного тока в напряжение, вызванная наличием достаточно большого постоянного напряжения на его выходе при отсутствии тока на входе. Уменьшение этого напряжения до достаточно низкого уровня возможно только при работе транзисторов усилителя с соответственно малым напряжением между их эмиттерами и коллекторами в режиме, близком к насыщению. Это приводит к уменьшению статического коэффициента передачи тока базы транзисторов, увеличению его зависимости от напряжения эмиттер-коллектор, уменьшению глубины обратной связи и уменьшению вследствие этого стабильности коэффициента передачи, увеличению его зависимости от величины входного тока, что снижает точность образования. Поэтому рассматриваемый усилитель, как правило, используется в качестве усилителя переменного тока с гальванической связью каскадов, уменьшением глубины обратной связи по переменному току и подключением нагрузки через разделительный конденсатор. Уменьшение напряжения на выходе достигается в усилителе постоянного тока, входящем в состав многокаскадного усилителя мостового типа.

Усилитель обеспечивает подключение нагрузки к общей шине и работу всех транзисторов с достаточно большим напряжением между эмиттером и коллектором при электропитании его от двухполюсного источника напряжения, Этот усилитель выбирается в качестве прототипа.

Усилитель-прототип содержит последовательно соединенные первый и второй транзисторы,. при этом коллектор второго транзистора соединен с первой шиной питания, а эмиттер через последовательно соединенные стабилитрон и резистор нагрузки подключен к общей шине и непосредственно к первому выводу двухполюсника. Стабилитрон служит для компенсации постоянного напряжения на выходе усилителя при отсутствии тока íà его входе.

Недостатком усилителя является низкая точность коэффициента передачи, обусловленная технологически разбросом параметров стабилитрона, а также влиянием его дифференциального сопротивления.

Технологический разброс напряжения стабилизации стабилитрона вызывает существенное отклонение от нуля компенсируемого напряжения, а наличие дифференциального сопротивления стабилитрона, включенного последовательно с резистором нагрузки, вызывает нестабильность коэффициента передачи при изменении сопротивления этого резистора.

Целью изобретения является повышение точности коэффициента передачи усилителя, Цел ь достигается за счет того, что источником входного сигнала является источник тока, один вывод которого соединен с базой первого транзистора, имеющего структуру, противоположную структуре второго транзистора, а другой вывод — с общей шиной, причем между точкой соединения резистора нагрузки и стабилитрона и базой первого транзистора введен резистор обратной связи, а второй вывод двухполюсника соединен с второй шиной питания.

На фиг. 1 изображена электрическая схема выполнения и подключения усилителя; на фиг. 2 — графики режимов работы усилителя и его элементов.

2003216

Полупроводниковый усилитель содержит элементы, представленные на фиг. 1 совместно с устройством электропитания. резистором нагрузки и источником входного сигнала, подключенными к усилителю при помощи разборных контактных соединений.

На фиг. 1 показаны следующие элементы: устройство электропитания 1, имеющее первую шину, объединенную в данном примере с общей шиной усилителя, а также вторую шину; двухполюсник 2, включающий резистор 3 и участок эмиттер — коллектор транзистора 4, либо один из этих элементов и соединенный своим первым выводом со стабилитроном 5. а своим вторым выводом — с второй шиной устройства электропитания; резистор 6, который установлен в цепи базы транзистора 4 в том случае, если этот транзистор входит в состав двухполюсника; первый транзистор 7, эмиттер которого в данном примере подключен непосредственно к общей шине; второй транзистор 8, имеющий структуру, противоположную структуре первого, и установленный последовательно с ним таким образом, что его база соединена с коллектором первого транзистора, коллектор соединен с первой шиной устройства электропитания, а эмиттер соединен с первым выводом двухполюсника 2; резистор нагрузки 9, один вывод которого соединен со стабилизатором 10, а второй — с общей шиной; резистор нагрузки

9, один вывод которого соединен со стабилитроном 10, а второй — с общей шиной; резистор обратной связи 10, установленный между точкой соединения стабилитрона 5 с резистором нагрузки 9 и базой первого транзистора 7; источник входного сигнала

11, соединенный одним выводом с базой первого транзистора 7, а другим с общей шиной и представляющий из себя источник постоянного или переменного тока.

На фиг. 2 показаны зависимости мгновенных значений выходного напряжения U> усилителя, приложенного к резистору нагрузки 9, а также напряжения Uz, приложенного к участку эмиттер-коллектор транзистора 8, от мгновенного значения входного тока 11, создаваемого источником

11. При этом за положительное направление входного тока i > принято его направление, способствующее уменьшению тока базы транзистора 7, что соответствует наи{56) Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы. 1983, с. 161, рис. 5.2, с. 182, рис. 5.15 а.

50 Степаненко И.П, Основы теории транзисторов и транзисторных схем, 1973, с.

408, рис. 13 — 5.

Там же, с, 358, рис. 8-9а.

Авторское свидетельство СССР

N 368711, кл. К 03 F 3/34, 1971, 5

45 более эффективному применению усилителя.

Если входной ток отсутствует. то транзистор 7 открывается своим током базы, протекающим через стабилитрон 5 и резистор 10, При этом к резистору нагрузки 9 прикладывается выходное напряжение усилителя, равное сумме напряжения, создаваемого этим током на резисторе обратной связи 10 и напряжением на переходе эмиттер — база транзистора 7.

К участкам эмиттер-коллектор транзисторов 7 и 8 прикладывается напряжение, практически равное сумме выходного напряжения усилителя и напряжения стабилизации стабилитрона 5, Поскольку напряжение на стабилитроне 5 достаточно велико, то транзисторы усилителя работают в режиме, далеком от насыщения, и имеют большой статический коэффициент передачи тока базы Р, мало зависящий от напряжения эмиттер-коллектор. Поэтому ток базы транзистора 7 достаточно мал и обусловленное им выходное напряжение также достаточно мало. Это напряжение практически не зависит от параметров стабилитрона 5. что является преимуществом предложенного усилителя при сравнении с прототипом.

Точность коэффициента передачи повышается.

Когда источник 11 создает входной ток, протекающий через переход эмиттер-база транзистора 7, то на резисторе обратной связи 10 появляется дополнительное напряжение, приблизительно равное произведению этого тока на сопротивление резистора

10. Такое же дополнительное напряжение соответственно возникает на резисторе нагрузки 9, представляя из себя полезное выходное напряжение усилителя. Величина этого напряжения. определяемая током источника 11. практически не зависит от параметров стабилитрона 5, что также является преимуществом предложенного усилителя при сравнении с прототипом. Точность коэффициента передачи также повышается.

2003216

Формула изобретения

ПОЛУПРОВОДНИКОВЬ!Й УСИЛИТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные первый и второй транзисторы, при атом коллектор второго транзистора соединен с п8рвОЙ шиной питания, а змиттер ч -эез последовательно соединенные стабилитрон и резистор нагрузки подключен к общей шине и непосредственно к первому выводу двухполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности козффициента передачи. источникОм входного сигнала является источник тока, один вывод которого соединен с базой первого транзистора, имеющего структуру, 5 противоположную структуре второго транзистора, а другой вывод - с общей шиной, причем между точкой соединения резистора нагрузки и стабилитрона и базой первого транзистора введен резистор обратной

10 связи, а второй вывод двухполюсника соединен с второй шиной питания..2003216

Составитель Л.Шейн

Техред М. Моргентал . г" оРРектоР P Густи

Редактор Л,Волкова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3237

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