Широкополосный усилитель

(51)5 Н 03 г МИТЕТТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ЧсьТЮ г.ИЗО РЕТее иское техноо нницкого по нюк, В,ПВ ССС 12,73,ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(46) 07.08,90. Б (71) Специальн гическое бюро литехничес кого(54) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛ (57) Изобретение относится к измери ной и усилительной технике, Цель изоб ния - уменьшение частотных погрешн при сохранении высокой скорости нар ния. Широкополосный усилитель соде ВЧ- и НЧ-каналы усиления, предвыхо двухтэктный каскад и выходной двух ный эмиттерный повторитель. ВЧ- усиления на повторителе напряжени полнен на МДП-транзисторе 1, резист Ь тель- ретеостей астаржит дной тактанал я выоре 21584075к.,(о 1 = ф,квч(о) =2 РлЙ 20 и разделительных конденсаторах 3 и 4. НЧ- канал усиления содержит операционный усилитель 5 в инвертирующем включении, преобразователь напряжения в так, выполненный на резисторах 6, 11 и 12, транзисторах 7 и 8 и диодах 9 и 10, а также фильтр нижних частот на резисторе 13 и конденсаторе 14. Предвыходной двухтактный каскад содержит транзисторы 15 - 18, резисторы 19 и 20, конденсаторы 21 и 22, диодную цепь смещения на диодах 23 и 24, корректирую- , щем конденсаторе 25 и резисторе 26, а так же розистивный делитель напряжения нарезисторах 27 - 29. Выходной двухтактный Изобретение относится к измерительной и усилительной технике и может использоваться в быстродействующих устройствахразличного назначения,Цель изобретения - уменьшение частотных погрешностей при сохранении высокой скорости нарастания,На чертеже представлена принципиальная электрическая схема широкополосного усилителя, 10Широкополосный усилитель содержитвысокочастотный канал усиления на повторителе напряжения, выполненном наМДП-транзисторе 1, резисторе 2, первом 3и втором 4 разделительных конденсато-,15рах, низкочастотный канал усиления на операционном усилителе (ОУ) 5 винвертирующем включении, преобразователе напряжение в ток, выполненном на резисторе 6, транзисторах 7 и 8, диодах 9 и 10, 20резисторах 11, 12, фильтре нижних частотна резисторе 13, конденсаторе 14, предвыходной двухтактный каскад,выполненныйна транзисторах 15 - 18, резисторах 19 и 20,конденсаторах 21 и 22, диодной цепи смещения на диодах 23 и 24, корректирующемконденсаторе 25, резисторе 26, резистивном делителе напряжения на резисторах 27- 29, выходной двухтактный эмиттерный по-вторитель на транзисторах 30 - 33, резисторах 34 и 35,Широкополосный усилитель работаетследующим образом.Входной аналоговый сигнал поступаетодновременно на вход высокочастотного и 35низкочастотного каналов усиления широкополосного усилителя. Высокочастотный канал усиления образован повторителемнапряжения на МДП-транзисторе 1, Сигналс выхода высокочастотного канала усиления 40 эмиттерный повторитель содержит транзисторы 30 - 33 и резисторы 34 и 35. Входной аналоговый сигнал поступает одновременно на ВЧ- и НЧ-каналы .усиления, и далее через предвыходной двухтактный каскад и выходной двухтактный эмиттерный повторительь со схемой защиты от короткого замыкания передается в нагрузку, Передаточная ф-ция такого широкополосного усилителя находится как сумма передаточных ф-ций ВЧ- и НЧ-каналов усиления. Возможность изменения в широких пределах формы амплитудно-частотной х-ки позволяет достигать малых частотных искажений. 1 ил.через разделительные конденсаторы 3 и 4 поступает на базы транзисторов 15 и 18. Низкочастотный канал усиления образован ОУ 5 с фильтром нижних частот на входе, Выходное напряжение ОУ 5 преобразуется в ток на резисторе 6(В 6), который поступает на вход каскада на транзисторах 7 и 8 и далее - в эмиттерные цепи транзисторов 15 и 18, Последние развязаны от нагрузки транзисторами 16 и 17, включенными по схеме с обьцей базой. Сигнал с коллекторов транзисторов 16 и 17 через выходной двухтактный эмиттерный повторитель (транзисторы 30 и 33) со схемой защиты от короткого замыкания (транзисторы 31 и 32) передается в нагрузку. Передаточная функция такого широкополосного усилителя находится как сумма передаточных функций высокочастотного и низкочастотного каналов усиления.Согласование высокочастотного и низкочастотного каналов усиления осуществляется подбором частоты среза низкочастотного и высокочастотного фильтров (813, С 14 и СЗ, С 4, й 27, й 28, й 29, где индекс соответствует порядковому номеру элемента) и коэффициентов усиления: Выходное напряжение ОУ 5 первоначально с помощью резистора б (Вб) и каскада на транзисторах 7 и 8 преобразуется в ток, который протекает через транзисторы 15 и 20 и транзисторы 18 и 17 и на резисторе 26 (В 26) преобразуется в напряжение, 1584075Омакс = 1 о/(С 25 + Сп),10 20 25 30 35 40 45 50 55 Достоинс 1.,ом экого согласования ОУ 5 с предвыходным двухтакт;1 ым каскадом является возможность выбора коэффициента усиления Ку (О) в зависимости от решаемой задачи в очень больших пределах, например, 80 - 140 дБ,Это не ухудшает запаса устойчивости по фазе широкополосного усилителя, так как преобразователь напряжения в ток реализован на транзисторах 7 и 8, включенных по схеме с общей базой, обладающих наилучшими по сравнению с другими схемами включения транзисторов частотными свойствами, Поэтому вносимый ими дополнительный фазовый сдвиг в диапазоне частот от нуля до частоты включения высокочастотного канала усиления незначительный,После включения высокочастотного канала усиления нэ более высоких частотах запас устойчивости по фазе всей схемы всецело определяется параметрами параллельного канала и, следовательно, совершенно не зависит от неизбежно увеличенных на этих частотах фазовых сдвигов ОУ 5 и преобразователя напряжения в ток.Каскад на транзисторах 16 и 17 позволяет существенно снизить требования к повторителю напряжения высокочастотного канала усиления. В этом случае не требуется добиваться низкого выходного сопротивления повторителя напряжения вследствие исключения эффекта Миллера и отсутствия необходимости перезаряда паразитной емкости коллектор - база Скб транзисторов 15 и 18, Это позволяет в качестве повторителя напряжения испольэовать простейший истоковый повторитель напряжения на МДП- транзисторе 1, а в результате некоторого увеличения выходного сопротивления истокового повторителя - максимально расширить его диапазон рабочих частот (путем увеличения сопротивления резистора 2), Каскад позволяет не только снизить требования к повторителю напряжения высокочастотного канала усиления, но и упростить изготовление предлагаемого широкополосного усилителя в виде гибридной схемы.Выйолнение предвыходного двухтактного каскада по каскадной схеме имеет и свои недостатки. Связаны они с расщеплением полюсов усилительного каскада на транзисторах 15 и 18 (схема с общим эмиттером) и выходного двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах 30 и 33 (схема с общим коллектором). Появление в этом случае в амплитудно-частотной характеристике дополнительного,хотя и высокочастотного полюса ограничивает возможность существенного увеличения частоты среза 1 ср. Кроме того, при этом принципиально невозможно получить сверхвысокую скорость нарастания выходного напряжения Окс, определяемую как где 1 о - ток покоя транзисторов 15 и 18;С 25 - емкость корректирующего конденсатора 25, с помощью которого задается требуемая, частота полюса выходного двухтактного эмиттерного повторителя; Сп - паразитная емкость в точке под 15 ключения корректирующего конденсатора 25, величина которой определяется значениями емкостей Скб диодов 23 и 24, выполняемых в интегральном исполнении обычно на транзисторах в диодном включении,Однако несмотря на отмеченные недостатки в предлагаемом широкополосном усилителе сравнительно легко может быть обеспечена Омакс = 80 - 100 В/мкс и 1 ср =- 20 - 30 МГц, что в большинстве случаев применения является вполне приемлемым.Основным же достоинством широкополосного усилителя является возможность изменения в довольно широких пределах формы амплитудно-частотной характеристики, что позволяет достигать очень малых частотных искажений. Формула изобретения Широкополосный усилитель, содержащий высокочастотный и низкочастотный каналы усиления, входы которых соединены и являются входом широкополосного усилителя, а также последовательно соединенные предвыходной двухтактный каскад и выходной двухтактный эмиттерный повторитель, при этом высокочастотный канал усиления выполнен на повторителе напряжения, выход которого через первый разде.- лительный конденсатор соединен с входом одного плеча, а через второй разделительный конденсатор - с входом другого плеча предвыходного двухтактного каскада, выполненного в каждом плече на транзисторах, включенных по схеме общий эмиттер - общая база, причем база транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером является входом для подключения соответствующего выхода высокочастотного канала усиления, а эмиттер - входом для подключения соответствующего выхода низкочастотного канала усиления и через резистор1584075 Составитель И,ВодяхинаРедактор М.Бланар Техред М,Моргентал Корректор И.Муска Заказ 2262 Тираж 658 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 соединен с соответствующей шиной источника питания, параллельно источнику питания включен резистивный делитель напряжения с двумя отводами, соединенными с базами соответствующих транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером, коллекторы транзисторов, включенных по схеме с общей базой, являются соответствующими выходами предвыходного двухтактного каскада и соединены между собой через диодную цепь смещения, отвод которой подключен к первой обкладке корректирующего конденсатора, при этом низкочастотный канал усиления выполнен на операционном усилителе в инвертирующем включении, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - с входом преобразователя напряжения в ток, два выхода которого являются соответствующими выходами низкочастотного канала усиления. о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения частотных погрешностей при сохранении высокой скорости нарастания, введены резистор, включенный параллельно корректирующему конденсатору, вторая обкладка 5 которого подключена к общей шине, фильтрнижних частот, вход которого является входом низкочастотного канала усиления, выход соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, в предвыходном 10 двухтактном каскаде между эмиттерами транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером и общей шиной введены соответствующие конденсаторы, при этом преобразователь напряжения в ток выполнен на 15 резисторе и двух транзисторах, включенных по схеме с общей базой, имеющих разную структуру, коллекторы которых являются соответствующими выходами преобразователя напряжения в ток, эмиттеры соединены 20 и подключены к одному выводу резистора, другой вывод которого является входом преобразователя напряжения в ток,