Способ ограничения выходного тока

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в интегральных аналоговых устройствах. Повышение быстродействия ограничения выходного тока, а также расширение диапазона регулирования формы передаточной характеристики достигается тем, что в способе ограничения выходного тока заключается в использовании зависимости суммы переменных токов, протекающих в двух нелинейных электрических цепях, содержащих встречно включенные p-n-переходы, от входного напряжения, прикладываемого к этим цепям, осуществляют линейную комбинацию указанной суммы токов с переменным током, протекающим в третьей нелинейной электрической цепи под воздействием входного напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в интегральных аналоговых устройствах.

Известен способ ограничения выходного тока, заключающийся в том, что входное напряжение прикладывают к нелинейной электрической цепи, содержащей пару встречно включенных p-n-переходов, а возникающий в этой цепи переменный электрический ток используют в качестве выходного тока. (С. Соклоф. Аналоговые интегральные схемы. М. Мир, 1988. С. 241, А.П. Лукашкин, И.Г. Киренский, О.В. Петров. Усилители на транзисторах со стабильными фазовыми характеристиками. М. Энергия, 1973. С. 15).

Также известен способ ограничения выходного тока (Патент Великобритании N 2217541, кл. H 03 F 1/32, 3/45), заключающийся в том, что входное напряжение подают на входы двух составных дифференциальных усилителей, а выходной ток получают суммированием выходных токов этих усилителей.

Недостатком названных способов ограничения тока является снижение быстродействия при уменьшении уровня ограничения выходного тока, а также невозможность регулирования формы передаточной характеристики.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ ограничения выходного тока [1] заключающийся в том, что входное напряжение подают на первую нелинейную электрическую цепь, образованную первым и вторым встречно включенными по переменному току прямосмещенными p-n-переходами, и на вторую нелинейную электрическую цепь, образованную третьим и четвертым встречно включенными по переменному току прямосмещенными p-n-переходами.

Недостатком этого способа является низкое быстродействие при малых уровнях ограничения выходного тока, а также малый диапазон регулирования формы передаточной характеристики.

Целью изобретения является повышение быстродействия ограничения выходного тока, а также расширение диапазона регулирования формы передаточной характеристики.

Цель изобретения достигается тем, что входное напряжение подают на первую нелинейную электрическую цепь, образованную первым и вторым встречно включенными по переменному току прямосмещенными p-n-переходами, на вторую нелинейную электрическую цепь, образованную третьим и четвертым встречно включенными по переменному току прямосмещенными p-n-переходами, а также на третью нелинейную электрическую цепь, образованную пятым и шестым встречно включенными по переменному току прямосмещенными p-n-переходами, а выходной ток формируют по формуле i_вых=a₁(i₁+i₂)+a₂i₃, где i₁, i₂, i₃ токи, протекающие соответственно в первой, второй и третьей нелинейных электрических цепях под действием входного напряжения; a₁ и a₂ константы.

Новым существенным признаком предложенного способа является то, что нелинейность реализуемой с его помощью передаточной характеристики является функцией неодинаковых нелинейностей трех нелинейных электрических цепей, причем параметры нелинейности каждой из этих цепей могут быть установлены независимо (путем соответствующего выбора значений протекающих через p-n-переходы токов смещения).

Благодаря этому возможно существенное расширение диапазона регулирования формы передаточной характеристики, в частности получение значительной нелинейности характеристики при весьма малых значениях входного напряжения, когда нелинейность каждой отдельно взятой нелинейной цепи проявляется еще незначительно. Последнее обстоятельство позволяет эффективно ограничивать выходной ток на уровнях существенно меньших значений токов смещения p-n-переходов. Так как в этом случае p-n-переходы остаются в малосигнальном режиме во всем диапазоне изменения выходного тока, обеспечивается более высокое быстродействие по сравнению с прототипом и аналогами, в которых ограничение выходного тока достигается за счет работы соответствующих p-n-переходов в существенно нелинейном режиме.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства, с помощью которого может быть реализован предложенный способ.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 транзисторы, базо-эмиттерные p-n-переходы которых совместно с емкостью 3 образуют первую нелинейную электрическую цепь, третий 4 и четвертый 5 транзисторы, базо-эмиттерные p-n-переходы которых совместно с емкостью 6 образуют вторую нелинейную электрическую цепь, пятый 7 и шестой 8 транзисторы, базо-эмиттерные p-n-переходы которых совместно с емкостью 9 образуют третью нелинейную электрическую цепь, базы первого 1, третьего 4 и пятого 7 транзисторов являются первым входом устройства, базы второго 2, четвертого 5 и шестого 8 транзисторов являются вторым входом устройства, коллекторы транзисторов подключены к соответствующим входам преобразователя 10, осуществляющего формирование выходного тока по формуле i_вых=a₁(i₁+i₂)+a₂i₃, выходы преобразователя 10 являются выходами устройства и подключены к цепи нагрузки 11, токи смещения p-n-переходов задаются генераторами тока 12 17.

На фиг. 2 изображена передаточная характеристика, реализуемая с помощью предложенного способа.

Предложенный способ осуществляется с помощью приведенного на фиг.1 устройства следующим образом.

Первоначально на электроды транзисторов и шины питания подаются напряжения такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим. После этого между первым и вторым входами устройства прикладывается входное напряжение.

При этом, полагая, что частота входного сигнала много меньше граничной частоты коэффициента передачи используемых транзисторов по току в схеме с общей базой, токи базы и обратные токи p-n-переходов транзисторов пренебрежимо малы по сравнению с их коллекторными токами, сопротивления емкостей 3, 6 и 9 пренебрежимо малы по сравнению с динамическими сопротивлениями базо-эмиттерных p-n-переходов транзисторов, все транзисторы идентичны, выходной ток генератора тока 12 равен выходному току генератора тока 16, выходной ток генератора тока 13 равен выходному току генератора тока 17, можно записать следующие выражения, связывающие величину входного напряжения с величинами протекающих в нелинейных электрических цепях токов где i₁, i₂, i₃ переменные токи, протекающие в первой, второй и третьей нелинейных электрических цепях соответственно; I₀₁ значение выходных токов генераторов тока 12 и 16; I₀₂ значение выходных токов генераторов тока 13 и 17; I₀₃ значение выходных токов генераторов тока 14 и 15; ϕ_т температурный потенциал.

Соотношения (1) позволяют выразить значения токов i₁+i₂ и i₃ через U_вх Следовательно, выходной ток равен
Полученное уравнение реализуемой с помощью предложенного способа передаточной характеристики удобно представить в нормированном виде

Из выражений (2)-(4) следует, что форма передаточной характеристики определяется коэффициентами k и m, то есть значениями констант a₁ и a₂ и соотношением токов смещения p-n-переходов.

Изменяя эти параметры можно регулировать форму передаточной характеристики в широких пределах, что видно из фиг.2, где изображена передаточная характеристика y(x) при m=2 и различных k, а также соответствующие ей зависимости y₁(x) и y₂(x). Зависимость y(x) показана сплошной линией, y₁(x) и y₂(x)- штриховыми линиями.

Если коэффициент m отличается от единицы (то есть токи I₀₁ и I₀₂ различны), а коэффициент k отрицателен (то есть константы a₁ и a₂ имеют противоположные знаки), необходимое для ограничения i_вых значение U_вх может быть существенно меньше значений U_вх, при которых происходит ограничение токов i₁+i₂ и i₃ (см. фиг. 2). Из этого следует, что предложенный способ обеспечивает возможность эффективного ограничения выходного тока при работе p-n-переходов в малосигнальном режиме, соответствующем их минимальной инерционности.

Таким образом, предложенный способ выгодно отличается от прототипа и аналогов расширенным диапазоном регулирования формы передаточной характеристики и повышенным быстродействием ограничения выходного тока.

Формула изобретения

Способ ограничения выходного тока, заключающийся в том, что входное напряжение подают на первую нелинейную электрическую цепь, образованную первым и вторым встречно включенными по переменному току прямосмещенными p - n-переходами, и на вторую нелинейную электрическую цепь, образованную третьим и четвертым встречно включенными по переменному току прямосмещенными p - n-переходами, отличающийся тем, что входное напряжение подают также на третью нелинейную электрическую цепь, образованную пятым и шестым встречно включенными по переменному току прямосмещенными p n-переходами, а выходной ток формируют по формуле
i_вых a₁(i₁ + i₂) + a₂i₃,
где i₁, i₂, i₃ токи протекающие соответственно в первой, второй и третьей нелинейных электрических цепях под действием входного напряжения;
a₁ и a₂ константы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2