Дифференциальный усилитель

О П И С А Н И Е 11,64099изовеетиния Союз Советски кСоцналкстическкхРеслублкк К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) УДК 621.375. ,024 (088.8) ие делам изобретений и открытийДата опубликования описания 23,09.80. И. Анисимов, М. В. Капитонов и Н. Н, Про Ленинградский ордена Ленина электротехнический инстит им. В. И. Ульянова (Ленина)) Заявитель 4) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛ Изобретение относится к радиотехникен может быть использовано в операционныхусилителях, компараторах и других устройствах автоматики, телемеханики и вычислительной техники,Известный дифференциальный усилительсодержит первый н второй последовательновключенные дифференциальные каскады.и три генератора тока, два из которых включены соответственно в коллекторную и эмиттерную цепи транзисторов первого дифференциального каскада, а третий через резистор соединен с эмиттерной цепью транзисторов второго дифференциального каскада,а также, транзистор обратной связи, базакоторого соединена с эмиттерной цепью транзисторов первого дифференциального каскада 1,. 15Однако известный дифференциальныйусилитель характеризуется узким динамическим диапазоном.Цель изобретения - расширение динамического диапазона усилителя.Для этого в дифференциальном усили-.теле, содержащем первый н второй диффе;ренциальные каскады и трн генератора тока,два из которых включены соответственно 2в коллекторную и эмиттерную цепи транзисторов первого дифференциального каскада, а третий через резистор соединен с эмйттерной цепью транзисторов второго дифференциального каскада, а также транзистор обратной связи, база которого соединена с эмиттерной цепью транзисторов первого дифференциального каскада, коллектор транзистора обратной связи подключен к управляющему входу одного из генераторов тока первого дифференциального каскада, а эмиттер - к точке соединения резистора и третьего генератора тока второго дифференциальногокаскада.На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предложенного усилителя.Усилитель содержит первый днфференциальнный каскад иа транзисторах 1, 2, второй дифференциальный каскад на транзисторах 3, 4. В эмиттерных цепях входных транзисторов 1, 2 и выходных транзисторов 3, 4 включены генераторы 5, 6 тока. Коллекторные резисторы 7, 8 и 9, 10 первого и второго дифференциальных каскадов со. единены с генератором 11 тока, выполненным на транзисторе 12. Эмиттер транзистора=,=-: -12 подключен к источнику питания непосредственно, а база - через резистор 13,Общая точка эмиттеров транзисторов 1, 2соединена с базой управляющего транзистора 14 обратной связи, а объединенные эмиттеры транзисторов 3, 4 подключены к эмнттеру транзистора 14 и генератору, тока 6 через резистор 15 и диод 16.Коллектор управляющего транзистора 14связан с .базой транзистора 12 через вспомогательный транзистор 17, база которого присоединена к выходу генератора 11 коллектору транзистора 12. Эмиттер транзистора 14 соединен с выходом генератора 1 через конденсатор 18.Входные сигналы подаются на базы транзисторов 1, 2, а между коллекторами транзисторов 3, 4 подключается нагрузкадифференциального усилителя.Усилитель работает следующим образом, Напряжение коллектор-база транзисторов 1, 2 устанавливается автоматически за счет стабилизирующего действия глубокой обратной связи по сцнфазному сигналу и равно падению напряжения на резисторе 15. Ток через резистор 15 определяется разностью выходного тока генератора 6 и эмиттерного тока транзистора. 14, который не изменяется в широкбм диапазоне изменения синфазного сигнала и может быть выбран: намного меньше выходного тока генератора 6. Таким образом, рабочая точка входных транзисторов устанавливается соответствующим выбором номинала резистора 15.Прн положительном смещении входногосигнала напряжение на базе транзистора 14 становится более положительным относительно эмиттера, Это вызывает увеличение коллекторного тока транзистора 4 и уменьшение напряжения коллекто-эмиттер транзистора 12, Потенциал эмиттера транзистора 14 также получает прйращение напряжения, равное приращению напряжения синфазного напряжения на входе дифференциального усилителя, и дальнейший рост коллекторного тока транзистора 14 прекращается. Установившаяся разность напряжений эмиттер-база транзистора 14 незначительно отличается от своей первоначальной величины вследствие того, что эмиттерный ток транзистора 14 поддерживается постоянным за счет стабилизирующего действия глубокой отрицательной обратной связи по синфазному сигналу. Таким образом, падение напряжения на резисторе 5 и, следовательно, напряжение коллектор- база транзисторов 1, 2 остаются постоянными в широком диапазоне изменения входного синфазного сигнала, что обусловливает высокие значения коэффициента подавления синфазных сигналов. При отрицательной полярности входногосинфазного напряжения дифференциальный усилитель работает аналогичным образом,за исключением того, что приращение синфазного сигнала вызывает не уменьшение,а увеличение коллекторного напряжения;" транзистора 2.Эмиттер транзистора2 генератора 11тока может быть подключен к источникупитания непосредственно. Это расширяетдиапазон допустимых синфазных напряжений на входе дифференциального усилителя.Дальнейшее увеличение коэффициентаподавления синфазных сигналов связано1 о с увеличением выходного сопротивлениягенератора 5 тока в эмиттерной цепи транзисторов 1, 2.Для устранения шунтирующего действиявходного сопротивления транзистора 14коллектор транзистора 14 связан с эмиттером вспомогательного транзистора 17, Такоесоединение обеспечивает увеличение суммарного сопротивления в эмиттерной цепи транзисторов 1, 2,Напряжение между эмиттером и базойтранзистора 12 лежит в пределах 0,5 - 0,7 В,Это дает возможность выбирать эмиттерныйток транзистора 14 в диапазоне от единицыдо десятков микроампер даже при наличииограничений на номиналы резисторов. Такимобразом, обеспечиваются низкие уровнии тока базы транзистора 14 1 = (э/ + Все)== 10 в : 100 нА, где 8 - статический коэффициент усиления по току транзистора 14вмикрорейиме. Низкие уровни тока базытранзистора 14 позволяют обеспечить стабильную работу транзисторов 1 и 2 приэмиттерных токах (э = 1 +10 мкА,Для уменьшения температурной погрешности цепи слежения, вследствие температурной зависимости напряжения эмиттербаза транзистора 14, последовательно с рез зистором 15 в эмиттерной цепи выходныхтранзисторов 3, 4 включен диод 16, смещенный в прямом направлении. Включение диода 16 значительно снижает температурнуюнестабильность напряжения коллектор-базавходных транзисторов 1 и 2, что такжефф уменьшает температурную нестабильностьнапряжения смешения нуля дифференциального усилителя, Таким образом, предложенный усилитель имеет повышенную температурную стабильность координат рабочейточки входных транзисторов.Значительное увеличение скорости нарастания выходного напряжения может бытьдостигнуто за счет изменения тока генера.тора 5 по определенному закону.Ф Увеличение тока генератора 5 приводи 1к уменьшению напряжения коллектор-база входных транзисторов 1, 2, что вызывает синфазный сдвиг напряжения на выходе генератора 6, увеличение коллекторного тока транзистора 14 и уменьшение напряжения коллектор-эмиттер транзистора. 12, В результате напряжение коллектор-эмиттер транзисторов 1 и 2 практически не изменяется Это обеспечивает надежную работу764099 формула изобретения И.Шамонуфрнч Составнтел Редактор Н. Каменская Теаред К. Ш Заказ 6300/48Тираж 9 Ю ВНИИ ПИ Государственного по дела м изобретений 113035, Москва, Ж - 35, Рауш Филиал ППП еПатент, г. Ужгоротранзисторов 1 и 2 с небольшим допустимым напряжением коллектор-эмиттер.При подаче дифференциального сигнала на входы предложенного усилителя выходное напряжение первого дифференциального каскада, пропорциональное входному, сни. мается с резисторов 7, 8 и усиливается вто. рым дифференциальным каскадом. Для повышения скорости отслеживания скачкообразных синфазных напряжений на входах дифференциального усилителя между коллектором транзистора 12 и генератором 6 тока включен конденсатор 18. Этот конденсатор предотвращает также возникновение нежелательных высокочастотных автоколебаний. Дифференциальный усилитель, содержащий первый и второй последовательно включенные дифференциальные каскады н тригенератора тока, два из которых включены. соответственно в коллекторную и эмиттерную цепи транзисторов первого дифференциального каскада, а третий через резисторсоединен с эмиттерной цепью транзистороввторого дифференциального каскада, а также транзистор обратной связи, база которо.го соединена с эмиттерной цепью транзисторов первого дифференциального каскада,отличшои 4 ийся тем, что, с целью расширения4 е динамического диапазона усилителя, коллектор транзистора обратной связи подключен к управляющему входу одного из генераторов тока первого дифференциальногокаскада, а эмиттер - к точке соединения4резистора и третьего генератора тока второго дифференциального каскада.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Трибонов Ю. И. Измерение напряже.ний в высокоомных цепях. М.-Л., Госэнергов .издат, 1961, с. 19.