Полупроводниковый усилитель

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ НТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(76) Шейн Леонид Иосифович(57) Использование: дпя усиления мощности и преобразования сигнапое постоянного тока Сущностьизобретению устройство содержит последовательно соединенные первый и второй транзисторы спротивоположными структурами Один вывод ис(в) КУ (11) 200321(Я) 5 Н 4)ЗРМ 33 точника тока которыи аляется источником входного сигнала, соединен с базой первого транзистора а другой вывод соединен с общей юеой Между точкой соединения резистора нагрузки и стабввитрона и базой первого транзистора введен резистор обратной связи, коллектор второго транзистора соединен с шиной питания, эмиттер подключен через стабилитрон и резистор нагрузки к общей шине, а через двухполюсник подключен к второй шине питаний 2 ил, 3 2003216Изобретение относится к транзисторным усилителям электрических сигналов и может быть применено для усиления мощности и преобразования сигналов постоянного тока. 5Известны полупроводниковые усилители постоянного тока, осуществляющие стабилизированное усиление входного тока и преобразование его в выходное напряжение. Удобство эксплуатации усилителей по вышается за счет того, что они допускают подключение к общей шине устройства их электропитания, устройства нагрузки и источника входного тока.Известен многокаскадный полупровод никовый усилитель, охваченный общей параллельной отрицательной обратной связью по напряжению и имеющий на выходе балансный каскад.Недостатком этого усилителя является 20 сложность его эксплуатации, заключающаяся в том, что усилитель должен быть подключен к трехполюсному устройству электропитания, имеющему мощность не меньшую, чем потребляемая усилителем со вместно с устройством нагрузки.Более простым по условиям эксплуатации является транзисторный усилитель, включающий балансный каскад, подключенный к двухполюсному источнику элект ропитания.Однако этот усилитель не обеспечивает возможность подключения к общей шине устройства нагрузки. Такую возможность обеспечивает инвертирующий транзистор ный усилитель, стабилизированный общей параллельной отрицательной обратной связью по напряжению и подключенный к двухполюсному устройству электропитания. 40Недостатком этого усилителя является низкая точность преобразования постоянного тока в напряжение, вызванная наличием достаточно большого постоянного напряжения на его выходе при отсутствии 45 тока на входе. Уменьшение этого напряжения до достаточно низкого уровня возможно только при работе транзисторов усилителя с соответственно малым напряжением между их эмиттерами и коллектора ми в режиме, близком к насыщению. Это приводит к уменьшению статического коэффициента передачи тока базы транзисторов, увеличению его зависимости от напряжения эмиттер-коллектор, уменьше нию глубины обратной связи и уменьшению вследствие этого стабильности коэффициента передачи, увеличению его зависимости от величины входного тока, что снижает точность образования, Поэтому рассматриваемый усилитель, как правило, используется вкачестве усилителя переменного тока сгальванической связью каскадов, уменьшением глубины обратной связи по переменному току и подключением нагрузки черезразделительный конденсатор. Уменьшениенапряжения на выходе достигается в усилителе постоянного тока, входящем в составмногокаскадного усилителя мостового типа.Усилитель обеспечивает подключение нагрузки к общей шине и работу всех транзисторов с достаточно большим напряжениеммежду эмиттером и коллектором при электропитании его от двухполюсного источниканапряжения,Этот усилитель выбирается в качествепрототипа.Усилитель-прототип содержит последовательно соединенные первый и второйтранзисторы,. при этом коллектор второготранзистора соединен с первой шиной питания, а эмиттер через последовательно соединенные стабилитрон и резисторнагрузки подключен к общей шине и непосредственно к первому выводу двухполюсника, Стабилитрон служит для компенсациипостоянного напряжения на выходе усилителя при отсутствии тока на его входе.Недостатком усилителя является низкая точность коэффициента передачи, обусловленная технологически разбросомпараметров стабилитрона, а также влиянием его дифференциального сопротивления.Технологический разброс напряжениястабилизации стабилитрона вызывает существенное отклонение от нуля компенсируемого напряжения, а наличиедифференциального сопротивления стабилитрона, включенного последовательно срезистором нагрузки, вызывает нестабильность коэффициента передачи при изменении сопротивления этого резистора.Целью изобретения является повышение точности коэффициента передачи усилителя,Цель достигается за счет того, что источником входного сигнала является источниктока, один вывод которого соединен с базойпервого транзистора, имеющего структуру,противоположную структуре второго транзистора, а другой вывод - с общей шиной,причем между точкой соединения резистора нагрузки и стабилитрона и базой первоготранзистора введен резистор обратной связи, а второй вывод двухполюсника соединенс второй шиной питания.На фиг. 1 изображена электрическаясхема выполнения и подключения усилителя; на фиг, 2 - графики режимов работыусилителя и его элементов.мы. 1983, с. 161, рис. 5.2, с. 182, рис, 5.15 а.50 Степаненко И.П, Основы теории транзисторов и транзисторных схем, 1973, с. Полупроводниковый усилитель содержит элементы, представленные на фиг. 1 совместно с устройством электропитания, резистором нагрузки и источником входного сигнала, подключенными к усилителю при помощи разборных контактных соединений.На фиг, 1 показаны следующие элементы: устройство электропитания 1, имеющее первую шину, объединенную в данном примере с общей шиной усилителя, а также вторую шину; двухполюсник 2, включающий резистор 3 и участок эмиттер - коллектор транзистора 4, либо один изэтих элементов и соединенный своим первым выводом со стабилитроном 5. а своим вторым выводом - с второй шиной устройства электропитания; резистор 6, который установлен в цепи базы транзистора 4 в том случае, если этот транзистор входит в состав двухполюсника; первый транзистор 7, эмиттер которого в данном примере подключен непосредственно к общей шине; второй транзистор 8, имеющий структуру, противоположную структуре первого, и установленный последовательно с ним таким образом, что его база соединена с коллектором первого транзистора, коллектор соединен с первой шиной устройства электропитания, а эмиттер соединен с первым выводом двухполюсника 2; резистор нагрузки 9, один вывод которого соединен со стабилизатором 10, а второй - с общей шиной; резистор нагрузки 9, один вывод которого соединен со стаби- литроном 10, а второй - с общей шиной; резистор обратной связи 10, установленный между точкой соединения стабилитрона 5 с резистором нагрузки 9 и базой первого транзистора 7; источник входного сигнала 11, соединенный одним выводом с базой первого транзистора 7, а другим с общей шиной и представляющий из себя источник постоянного или переменного тока,На фиг. 2 показаны зависимости мгновенных значений выходного напряжения О усилителя, приложенного к резистору нагрузки 9, а также напряжения 02, приложенного к участку эмиттер-коллектор транзистора 8, от мгновенного значения входного тока 11, создаваемого источником 11. При этом за положительное направление входного тока 11 принято его направление, способствующее уменьшению тока базы транзистора 7, что соответствует наи 5 10 15 20 25 30 35 40 45 более эффективному применению усилителя,Если входной ток отсутствует, то транзистор 7 открывается своим током базы,протекающим через стабилитрон 5 и резистор 1 О, При этом к резистору нагрузки 9прикладывается выходное напряжение усилителя, равное сумме напряжения, создаваемого этим током на резисторе обратнойсвязи 10 и напряжением на переходе эмиттер - база транзистора 7.К участкам эмиттер-коллектор транзисторов 7 и 8 прикладывается напряжение,практически равное сумме выходного напряжения усилителя и напряжения стабилизации стабилитрона 5, Посколькунапряжение на стабилитроне 5 достаточновелико, то транзисторы усилителя работаютв режиме, далеком от насыщения, и имеютбольшой статический коэффициент передачи тока базы В, мало зависящий от напряжения эмиттер-коллектор. Поэтому ток базытранзистора 7 достаточно мал и обусловленное им выходное напряжение также достаточно мало. Это напряжение практически независит от параметров стабилитрона 5. чтоявляется преимуществом предложенного .усилителя при сравнении с прототипом.Точность коэффициента передачи повышается.Когда источник 11 создает входной ток,протекающий через переход эмиттер-базатранзистора 7, то на резисторе обратнойсвязи 10 появляется дополнительное напряжение, приблизительно равное произведению этого тока на сопротивление резистора10. Такое же дополнительное напряжениесоответственно возникает на резисторе нагрузки 9, представляя из себя полезное выходное напряжение усилителя. Величинаэтого напряжения, определяемая током источника 11. практически не зависит от параметров стабилитрона 5, что также являетсяпреимуществом предложенного усилителяпри сравнении с прототипом. Точность коэффициента передачи также повышается,(56) Агаханян Т.М. Интегральные микросхе 408, рис. 13 - 5.Там же, с, 358, рис. 8-9 а.Авторское свидетельство СССРМ 368711, кл. Н 03 Е 3/34, 1971, 2003216Формула изобретенияПОЛУПРОВОДНИКОВ Ь Й УСИЛИТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные первый и второй транзисторы, при атом коллектор второго транзистора соединен с первОй шиной питания, а змиттер через последовательно соединенные стабилитрон и резистор нагрузки подключен к общей шине и непосредственно к первому выводу двухпол 2 осника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности козффициента передачи. источникОм входного сигнала является источник тока, один вывод которого соединен с базой первого транзистора, имеющего структуру, 5 противоположную структуре второго транзистора, а другой вывод - с общей шиной, причем между точкой соединения резистора нагрузки и стабилитрона и базой первого транзистора введен резистор обратной 10 связи, а второй вывод двухполюсника соединен с второй шиной питания..2003216 Составитель Л,Шейн Техред М, Моргентал . г"орректоР О,Густи Редактор Л,Волкова Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 3237 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101