Двухтактный усилитель

(71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопйипри Томском ордена Октябрьской Рево.люции и ордена Трудового КрасногоЗнамени политехническом институтеим. С.И.Кирова.(Ю Ю) ДВУХТАКТНЦй УСИЛИТБ 11, со"держащий последовательно соединенные входной транзистор, включенныйпо схеме с общим эмиттером, нагрузкойкоторого является,. генератор стабиль.наго тока,предвыходной каскад напервом и втором транзисторах, базы: которых соединены между собой черезцепь смещения, включенную между кол-.. лектором входного транзистора и генератором Мабйльного тока, коллекторы первого и второго транзисторовчерез первый и второй токозадающиеэлементы соединены с соответствую-.щими щинамй источника питания и. выходной каскад на третьем и четвертом транзисторах, включенных посхеме с общим эмиттером, базы которых подключены к коллекторам соот" ветственно первого и второго транзис. торов, а коллекторы через соответ-. ственно первый и второй резисторык нагрузке, причем первый и четвер- " тый транзисторы имеют тип проводи" мости, противоположный типу прово" димости второго и третьего транзис" торов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью стабилизации тока покоя, эмиттеры первого и второго. транзисторов объединены и подключены к нагрузке, цепь смещения выполнена на первом и втором дополнительных транзисторах, причем база первоо дополнительного транзистора черезпервый дополнительный резистор под- : ключена к коллектору третьего тран" :зистора, база второго дополнительного транзистора. через второй дополнительный резистор подключена к коллектору четвертого транзистора, кол". лектор первого и эмиттер второго до" ;полнительных транзисторов соединены с базой первого транзистораа кол:лектор второго и эмиттер первого ,дополнительных транзисторов " с базой второго транзистора,. ри этом первый и второй дополнительные транзисторы имеют тип проводимости, сов" ,падающий с,типом проводимости соответственно первого и второго транзисторов.3 О 2 О 975 40 50Кроме того, даже при использовании согласованных элементов устройство требует начальной подстройки режима для обеспечения максимальной линейности выходной характеристики из"за 55 неопределенности тока покоя ВыхОдных транзисторов от других параметров схемы.Цель изобретения - стабилизациятока покоя. 5 15 20 25 35 Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухтактный усилитель, содержащий последовательно соединенные входной транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, нагрузкой которого является генератор стабильного тока, предвыходной каскад на первом и втором транзисторах, базы которых соединены между собой через цепь смещения, включенную между коллектором входного транзистора и генератором стабильного тока, коллекторы первого и второго транзисторов через первый и второй токозадающие элементы соединены с соответствующими шинами источника питания и выходной каскад на третьем и четвертом транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером, базы которых подключены к коллекторам соответственно первого и второго транзисторов, а коллекторы через соответственно первый и второй резисторы к нагрузке,причем первый и четвертый транзисторы имеют тип проводимости, противо-. положный типу проводимости второго и третьего транзисторов 23.КозФФициент стабилизации тока по- коя в таком двухтактном усилителе очень мал и может, быть увеличен только лишь увеличением резисторов- датчиков тока, а это ухудшает коэФФициент использования напряжения питания,ф недостаточно высокий из-за включения двух прямосмещенных р-й-переходов последовательно с нагрузкой.В общем случае подобное устройство дает незначительный выигрыш встабильности по сравнению с устройством такого же .типа без обратнойсвязи по току покоя, однако во втором случае коэФФициент использования йапряжений питания может бытьсделан более высоким эа счет использования в цепи смещения всего двухдиодов.10209 3Поставленная цель достигаетсятем, цто в двухтактном усилителе,содержащем последовательно соединенные входной транзистор, включенныйпо схеме с общим эмиттером, нагруз-.кой которого является генераторстабильного тока, пердвыходной каскад на первом и втором транзисторах,базы .которых соединены между собойчерез цепь смещения, включенную 30между коллектором входного транзистора и генератором стабильноготока, коллекторы первого и второготранзисторов через первый и второйтокозадающйе элементы соединены с 15соответствующими винами источника питания и вцходной каскад на третьеми четвертом транзисторах, включенных по схеме с общйм:эмиттером,базы которых подключены к коллекто ораж соответственно первого и второготранзисторов, а коллекторы через соответственно первый и второй.резис"торы - к нагрузке, причем первыйи четвертый транзисторы имеют тип 25проводимооти, противоположный типупроводимости второго и третьеготранзистора, . эмиттеры первогои второго транзисторов объединеныи подключены к нагрузке, цепь сме.щения выполнена на первом и второмдополнительных. транзисторах,причем база дополнительных транзисто"ров через первый дополнительный резистор подключена к коллектору третьего транзистора, база второго дополнительного транзистора через второйдополнительный резистор подключенак коллектору четвертого транзистора,коллектор первого и эмиттер второгодополнительных транзисторов соединеныс базой первого транзистора, а коллектор второго и эмиттер первогодополнительных транзисторов - с базойвторого транзистора при этой первый и второй дополнительные транзисторы имеют тип проводимости,совпадающий с типом проводимостисоответственно первого и второготранзисторов,На чертеже представлена принципиальная электрическая схема двухтактного усилителя.Двухтактнцй усилитель содержитвходной транзистор 1, первый, второй, третий и четвертый транзисторы 2-5, первый и второй дополнительные транзисторы 6 и 7, генератор 8стабильного тока, первый и второй токоэадающие элементы 9 и 10, первый и второй резисторы 11 и 12, первый и второй дополнительные резисторы 13 и 14, нагрузку 15.Двухтактный усилитель работает. следующим образом,Будем считать, цто токи баз тран" зисторов равны нулю, первый транзистор 2, первый дополнительный транзис" тор б и второй транзистор 3 второй дополнительный транзистор 7 согласованы, а площади их эмиттеров равны.Тогда при.отсутствии напряжения на первом и втором резисторах 11 и 12 коллекторные токи всех цетырех транзисторов будут равнц половине тока, поступающего от генератора 8 стабильного тока При токе, отводимом первым и вторым токозадающими элементами 9 и 10, равном половине тока, отдаваемого генератором 8 стабильного тока, теоретически ток коллекторов третьего и четвертого транзисторов Ь и 5.ра" вен нулю, а практически он может принимать любые значения от нуля до некоторого максимального значения,определяемого степенью разброса параметров первого и первого дополнительного транзисторов 2,6 и второго и второго дополнительного транзисторов 317 и точностью задания токов первого и второго токозадающих элементов 9,10 и генератора 8 стабильного тока,Для ограничения этого тока служит цепь обратной. связи по току покоя, сигнал ошибки которой снимается с первого и второго резисторов 11 и 12. Из-за отсутствия внутренней обрат" ной связи, характерной для дифференциального каскада, подобная схемв включения первого и второго дополни" тельных транзисторов 6 и 7 позволяет использовать их с крутизной, соответствующей включению по схеме с общим эмиттером, вследствие чего падение напряжения на первом и втором резисторах 11 и 12 в худщем случае для установившегося режима примерно равно разбросу прямых напряжений на базоэмиттерных переходах согласованных первом и первом дополнительном транзисторах согласованных первом и пер" . вом дополнительном транзисторах 2,6 и второго и второго дополнительного транзисторов 3 и 7, который при своевременной интегральной технологии. составляет единицы милливольт.5 10Это свойство позволяет при оченьмалых токах покоя оконечного каскадаустанавливать очень малые величиныпервого и второго резисторов 11 и12единицы и доли Ома ), что, естественно, положительно отражается накоэффициенте полезного действия уст"ройства.Однако поскольку максимальныйток покоя, ограничиваемый схемой,определяется разбросом прямых напряжений согласованных р-В-переходов ивеличиной первого и второго резисторов 11 и 12, то уменьшение этих ре"зисторов не приводит к ухудшениюкачества стабилизации, а способствует лишь увеличению значения токапокоя, при котором наступает егоограничение, Это определяет высокую термостабильность предлагаемогоустройства, понимаемую как точностьподдержания уровня этого ограниче"ния,При наличиисигнала, когда в коллекторной цепи входного транзистора1 появляется прирост тока какого"либо знака, этото прирост целикомвтекает в одну из баз первого и вто-рого транзисторов 2 и 3, так какобратная связь по току в данном случае не является 1 обратной связьюдля сигнала а наоборот способствует быстрому задиранию нерабо"тающего плеча,Поскольку сигнал между каскадамипередается в виде. тока, а биполярный транзистор является линейнымустройствомдля токового сигнала,то результирующая выходная характеристика устройства весьма близкак линейной. Необходимость включения первого и второго дополнительных резисторЬв 13 и 14,вызва"на тем, что при работе с сигналомбазо-эмиттерные переходы первого ивторого транзисторов 2 и 3 шунтируется соответственно такими жепереходами первого и второго дополнительных транзисторов 6 и 7, чтосущественно снижает общий коэффи"циент усиления усилителя по току.Установка первого и второго дополнительных резисторов 13 и 14,.величина которых составляет сотниОм не вносит значительного сдвигаза счет протекания базового токапервого и второго дополнительныхтранзисторов 6 и 7, однако при по"даче сигнала, когда шунтирующий 20975 6 транзистор переводится в неактивноесостояние, этот резистор достаточно велик для того, цтобы практичес- .ки полностью. устранить аунтирующеедействие базо"эмиттерных переходов первого и второго дополнительныхтранзисторов 6 и 1.Аналогичные параметры могут бытьполучены в двухтактном усилителе,в котором элементами, отбирающими ,ток, являются резисторы, установленные вместо первого и второго токозадающих элементов 9 и 10.В этом случае величина коллекторного тока первого и второго транзисторов 2 и 3 эопределяется как частное от деления прямого падения напряжения на безо-эмиттерных переходах третьего и четвертого транзисторов 4.и 5 в режиме покоя на велич ину токоотводящих резисторов. Этотток должен составлять половину отзначения тока, отдаваемого генератором 8 стабильного тока, при этомсхема становится эквивалентной варианту с токостабилизаторами в качествеэлементов, отводящих ток,Однако при смене температурногорежима в сторону повышения температуры изменяется прямое падение набазах третьего и четвертого транзис"торов 4 и 5, вследствие чего возможны достаточно сильные, хотя и контролируемые, отклонения тока покояв сторону увеличения от значения принормальной температуре,Для устранения этого эФФекта ре"зисторы, отводящие ток, должны иметьодинаковый ТКН с базо-эмиттернымипереходами или должен пропорционально уменьшаться ток, задаваемый генератором 8 стабильного тока, чтолегко выполняется при использованииинтегральной технологии.Таким образом, использование пред.лагаемого технического решения стабилизации тока покоя двухтактногоусилителя позволяет обеспечить высокую стабильностЬ режима по постоянному току в широком температурном диапазоне при минимальном токе покоя,высокой линейности выходной характе"ристики, а также позволяет однознач- .но задать режим двухтактного усилителя без использования элементов подстройки режима.Коэффицент усиления по току можетбыть увеличен добавлением выходныхэмиттерных повтоРителей с контролем7 10209 тока покоя предлагаемым методом при сохранении других параметров схемы.Нелинейность усилителя без цепей общей отрицательной обратной связи не превышает. нескольких процентов, а з коэффициент использования напряжения питания аостаточно высок.К достоинствам предлагаемого устройства следует отнести также то, что по своей конФигурации оно легко 11 реализуется методами интегральной технологии, в том числе при использовании мощных навесных транзисторов поскольку тепловая связь между вы" ходными транзисторами и другими эле- М ментами этого устройства необязательна, а при серийном выпуске легко обеспечить хорошую повторяемость параметров устройства.Высокая термостабильность предла е гаемого устройства позволяет работать при более высоких температурах приборов без опасности возникновения аварийного режима, что, в конечном итоге, приводит к возможности уменьшения охлаждающих элементов и уменьшению объема устройств в целом.Высокая линейность и устойчивостьустройства позволяет использовать предварительные усилители с минимально необходимым коэффициентом усиления путем уменьшения глубины СОС, улучшать динамические свойства усилителей, использующих. оконечный предлагаемый каскад.Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа и других устройств этого класса тем, что по экономичности оно приближается к усилителям класса В, по линейностик усилителям класса А, а по термо" стабильности - к классу.интеграль" ных схем, использующих принцип соглаванности элементов.Составитель И.ВодяхинаТехред Л. Пекарь. КеТираж 93 б Подписноерственного комитета СССРм изобретений и открытийа, Ж, Раушская наб., д, 4/5.МотыльЮ орректор А. По 5/49ИИПИ Госудпо дела3035, Моск илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна