Дифференциальный усилитель

Изобретение относится к радиотехнике и можег использоваться как усилительный элемент в компараторах и ;широкополосных операционных усилителях.Цель изобретения - увеличение малосигнальной площади усиления.На Фиг; 1 представлена структурная электрическая схемЫ дифференциального усилителя, на Фиг.2 - принципиальная электрическая схема одной из возможных реализаций дифференциального усилителя.Дифференциальный усилитель содер ,жит входную цепь смещения (фиг,1) или входной каскад (фиг.2) 1, первый и второй элементы 2 и 3 нагрузки, усилительный каскад 4, образованный пер,вым и вторым транзистор .ми 5 и 6 20 п в , р - п-типа, диодом 7, третьим транзистором 8 р - и - р-типа и токозадающим элементом 9, диодную цепочку 10, симметрирующую цепь 11.Диодная цепочка 10(фиг.2) выпол иена на одном дополнительном диоде 12 (может быть выполнена на двух последовательно включенных диодах).Дифференциальный усилитель работз,рт следующим образом.30Усилительный каскад 4 (фиг.2) охвачен положительной обратной связью (ПОС), замыкающейся по следующей цепи: первый транзистор 5, диод 7, третий транзистор 8 (считаем, что коллектор этого транзйстора замкнут на внешнюю нагрузку), второй транзистор ,6, дополнительный диод 12, первый элемент 2 нагрузки, база первого тран, зистора 5. Напряжение ПОС выделяется 40 на дополнительном диоде 12 и полностью прикладывается к базе первого транзистора 5, поскольку в реальных условиях входное сопротивление усилительного каскада 4 со стороны базы первого транзистора 5 намного превы-. шает сопротивление первого элемента 2 нагрузки. Следовательно, глубина ПОС равна единице, Для того, чтобы определить коэффициент передачи по напряжению в петле ПОС, условно отсоединим базу первого транзистора 5 от первого элемента 2 нагрузки и поДадим на него такое постоянное смещение чтобы режим усилителя по по 955 стоянному току остался неизменным. Теперь относительно этого значения подадим на базу транзистора 5 малое приращение напряжения Д 11. Поскольку базовый ток третьего транзистора 8 по сравнению с выходным током токо- задающего элемента 9 пренебрежимо мал, напряжение смещения базоэмиттерного перехода первого транзистора 5 и диода 7 постоянно и не,зависит от й 11, Поэтому д 11 распределится поровну между базоэмиттерными переходами второго транзистора б и третьего транзистора 8 (подразумевается, что оба эти транзистора, а также диод 12 выполнены иэ одного материала, например кремния); Изменение напряжения на баэоэмиттерных переходах этих транзисторов приведет к изменению их коллекторного тока и, соответственно, тока, протекающего через диод 12.Допустим, что в качестве этого диода используется одиночный транзистор в диодном включении. Поскольку транзисторы 6, 8 и диод 12 работают при одинаковом токе начального смещения, изменение напряжен"; на этом диоде при наличии сигнала будет равно изменению напряжения на базоэмиттерном переходе любого из этих транзисторов, т.е. йБ/2, Так как этот сигнал практически не ослабляется первым элементом 2 нагрузки, то коэффициент передачи в петле ПОС равенй Б вых Лц/2 К ---- 0,5. О, аП вх аП Для определения коэффициента передачи при замкнутой петле ПОС воспользуемся известным соотношениемКи. 0 5Ко0 1-К ., , 1-0,5 1О, посТаким образом, при замкнутой петле ПОС коэффициент усиления как по напряжению, так и по току, протекающему через диод 12 и вытекающему с выхода усилителя, возрастают в два раза, что соответствует увеличению крутизны передачи в усилительном кас" каде 4 усилителя до уровня, обеспечиваемого обычным дифференциальным усилителем при равной потребляемой мощности.При использовании в качестве диодной цепочки 10 двух транзисторов в диодном включении в соответствии с вышеизложенным Кстановится равнымйоединице, а Ктеоретически становит 5 15 ся равным бесконечности. Однако коэффициент усиления в петле ПОС в такой схеме всегда остается несколько меньшим единицы, что связано с конечным усилением биполярных транзисторов по току. Поэтому предлагаемый усилитель независимо от разброса параметров входящих в схему элементов всегда сохраняет устойчивость. Коэффициент его усиления на постоянном токе возрастает примерно в В /2, где В - коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ используемых транзисторов. При этом по коэффициенту усиления на постоянном токе предлагаемый усилитель становится практически эквивалентным варианту с повторителем тока в качестве нагрузки входного каскада 1, причем его уникальным свойством является очень слабая зависимость коэффициента усиления от величины сопротивления элементов 2, 3 нагрузки.Однако по сравнению с усилителем, в котором в качестве нагрузки исполь эуется повторитель тока, в предлагаемом усилителе элементы 2, 3 нагрузки не вносят дополнительную емкость, в результате чего широкополосность усилителя возрастает. Частотные свойства транзисторов, которые используются для реализации диодной цепочки 10 и эмиттерного повторителя, также слабо влияют на результирующую широкополосность, так как при больших токах смещения в обоих каскадах усилителя широкополосность транзисторов со 1002-ной ООС по току или напряжению существенно превышает частоту единичного усиления усилителя, а при малом токе смещения входного каскада 1 эмиттерные повторители (фиг.2) могут быть исключены и оба элемента 2,43 нагрузки в этом случае соединяются непосредственно с коллекторами транзисторов 5, 6.Для обеспечения высокой точности уси лителя повходу нагрузка входного каска да 1 (фиг,2) должна обеспечивать в уравновешенном режиме симметрию по току и напряжению. Поскольку при введении диодной цепочки 10 такое условие нарушается,последовательно с вторым эле 71748 6ментом 3 нагрузки включена симметрирующая цепь 11.5 Формула изобретения1. Дифференциальный усилитель, содержащий первый и второй транзисторыи - р - и-типа, базы которых соединены с первыми выводами первого и второго элементов нагрузки и являютсяпервым и вторым входами усилителя соответственно, причем эмиттер первоготранзистора и - р." и-типа через диодподключен к точке соединения выходатокозадающего элемента и базы третьего транзистора р - и - р-типа, коллектор которого является выходом усилителя, а эмиттер соединен с эмиттером 20 второго транзистора и - р - п-типа,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения малосигнальной площади усиления, в него введены симметрирующая цепь и диодная цепочка, ко торая включена между положительнойшиной питания и коллектором второготранзистора и - р - и-типа, второйвывод первого элемента нагрузки соединен с коллектором второго транэис тора и - р - п-типа, при этом коллектор первого транзистора и - р - п-типа подключен к положительной шине,а второй вывод второго элемента нагрузки через симметрирующую цепь под ключен к положительнои шине питания2. Усилитель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что коллектор второго транзистора р - и - р-типа свторым выводом первого элемента на О грузки, а симметрирующая цепь с вторым выводом второго элемента нагрузкисоединены через повторители напряжения.3. Усилитель по п.2, о т л и ч аю щ и й с я тем что симметрирующая 45 цепь. выполнена в виде диодной цепочки, включенной между положительнойшиной питания и коллектором первоготранзистора и - р - п-типа.4. Усилитель по п.1, о т л и - 50 ч а ю щ и й с я тем, что симметрирующая цепь выполнена в виде входнойцепи отражателя тока, выход которогоподключен к второму выводу первогоэлемента нагрузки.1571748 Составитель А.ЧайкиРедактор М.Бандура Техред М,Дидык Шевкун рек ак 521 Тираж 667. ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 . Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101