Дифференциальный усилитель

(19) (11) 3(511 и ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН й,Ленинхничесенина) ераой СССР 5.80 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Шахтинский технологическийинститут бытового обслуживания иградский ордена Ленина электротекий институт им.В.И.Ульянова (Л(54)(57) 1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий в каждом плече входной и выходной транзисторы, имею щие я-р-л -структуру, при этом коллекторы выходных транзисторов подключены к несимметричной активной нагрузке, соединенной с положнтельнбй шиной источника питания, а также управляемый источник стабильного тока подключенный к отрицательной шине источника питания, и источник смещения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в каждом плече дифференциального усилителя между базой и эмиттером выходного транзистора и коллектором входного транзистора введен датчик глубины отсечки выходного транзистора, выводы питания которого подключены к шине источника смещения, а выходы датчиков глубины отсечки выходных транзисторов объеди иены и подключены к входу управляемо. го источника стабильного тока, выход которого подключен к эмиттерам входных транзисторов через соответствующие введенные первый и второй вспомогательные резисторы. 2. Усилитель по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, датчик глубины отсечки выходного транзистора выполнен на первом и втором транзисторах, имеющих п-р-о-структуру, и третьем и четвертом транзисторах, имеющих р-и-р -структуру, первом резисторе и первом источнике стабильного тока, включенном между отрицательной шиной источника питания, объединенными коллектором и базой третьего транзистора и базой четвертого транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором входного транзистора и через первый резистор с эмиттером второго транзистора, база и коллектор которого подключены к объединенным эмиттеру вых диого транзистора и базе первого транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером третьего транзистора, а коллектор - с источником смецения и базой выходного транзистора, при этом коллектор четвертого транзистора является выходом датчика глубины отсечки выходного транзистора.3, Усилитель по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, датчик глубины отсечки выходного транзистора выполнен на пятом транзисторе, имеющем ь -р - и -структуру, первом диоде, втором источнике стабильного тока, первом дойолнительном источнике смещения, втором и третьем резисторах, первые выводы которых объединен и подключены к коллектору входного транзистора, второй вывод второго резистора соединен с эмиттером выходного транзистора, а второй вывод т;.етьего резистора соединен с змиттером пятого транзистора, база которого подключена к источнику смещения и базе выходного транзистора, а коллектор через второй источник стабиль ного тока соедкнен с первым дополни1084962 тельным источником смещения и непосредственно с анодом первого диода, катод которого является выходом датчика глубины отсечки выходного транзистора.4. Усилитель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, датчик глубины отсечки выходного транзистора выполнен на шестом транзисторе, имеющемп-р-п-структуру, втором диоде., третьем источнике стабильного тока, втором дополнительном источнике смещения, четвертом и пятом резисторах, первые выводы кото 1Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в различных аналогоных и аналогоцифровых устройствах.Известен дифференциальный усили тель, содержащий входные транзисторы с объединенными эмиттерами, выходные транзисторы, коллекторы которых подключены к активной нагрузке, а эмиттеры соединены с коллекторами входных 10 транзисторов через вспомогательные резисторы, стабилизатор тока в общей эмиттерной цепи входных транзисторов, цепь следящей обратной связи по синфазному сигналу, выход которой соеди- нен с базами выходных транзисторов, дополнительные транзисторы, базы которых подключены к базам входных транзисторов, эмиттеры - с коллекторами входных транзисторов противоположного плеча дифференциального усилителя 1. Данный дифференциональный усилитеЛь обладает расширенным диапазоном активной работы, однако он имеет неудовлетворительные параметры по дрейфу ЭДС смещения нуля, дрейфу вхОдных токов и бьноти статического режима активных элементов.Наиболее близким к изобретению ЗО по технической сущности является дифференциальный: усилитель, содержащий н каждом плече входной и выходной транзисторы, имеющие и-р-и -структуру, при этом коллекторы выходных транзисторов подключены к несимметричной активной нагрузке, соедчненной с положительной шиной источника питания, а также управляемый источник стабильного тока, подключенный к отрицательной шине источника питания и источник смещения 23.Однако в известном устройстве сравнительно узкий динамический рых объединены и подключены к коллек.тору входного транзистора, второйвывод четвертого резистора соединенс эмиттером ныходного транзистора,а второй нывод пятого резистора - собъединенными базой выходного транзистора и эмиттером шестого транзистора, база которого подключена кисточнику смещения, а коллектор черезтретий источник стабильного токасоединен с вторым дополнительнымисточником смещения и непосредственно с анодом второго диода, катодкоторого является выходом датчикаглубины отсечки выходного транзистора диапазон активной работы, низкиебыстродеиствие и точность.Цель изобретения - расширениединамического диапазона, повышениебыстродействия, точности и уменьшение потребляемой мощности.Цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе, содержащем вкаждом плече входной и выходнойтранзисторы, имеющие п-р- п -структурупри этом коллекторы выходных транзисторов подключены к несимметричной активной нагрузке, соединеннойс положительной шиной источника питания, а также управляемый источникстабильного тока, подключенный котрицательной шине источника питания,и источник смещения, н каждом плечедифференциального усилителя междубазой и эмиттером выходного транзистора и коллектором входного транзистора введен датчик глубины отсечкивыходного транзистора,. выводы питаниякоторого подключены к шине источникасмещения, а выходы датчикон глубиныотсечки выходных транзисторон Объединены и подключены к входу управляемого источника стабильного тока, выходкоторого псдключен к эмиттерам входных транзисторов через соответствующие нведенные первый и второй вспомогательные резисторы,Датчик глубины Отсечки выходноготранзистора выполнен на первом ивтором транзисторах, имеющих и-о-и -структуру, и третьем и четвертомтранзисторах, имеющих "р -структуру первом резистОре и первОм истОчнике стабильного тока, включенноммежду отрицательной шиноя источникапитания и объединенными коллектороми базой третьего транзистора и базойчетвертого транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором входноготранзистора и через первый резисторс эмиттером второго транзистора, база и коллектор которого подключены к объединенным эмиттеру выходного транзистора и базе первого транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером третьего транзистора, а коллектор - с источником смещения и базой выходного транзистора, при этом коллектор четвертого транзистора является выходом датчика глубины отсечки выходного транзистора.Кроме того, датчик глубины отсечки выходного транзистора выполнен на пятом транзисторе, имеющем и-р- -структуру, первом диоде, 15 втором источнике стабильного тока, первом дополнительном источнике смещения, втором и третьем резисторах, первые выводы которых объединены и подключены к коллектору вход ного транзистора, второй вывод второго резистора соединен с эммитетром выходного транзистора, а второй вывод третьего резистора - с эмиттером пятого транзистора, база которого подключена к источнику смещения и базе выходного транзистора, а коллектор через второй источник стабильного тока соединен с первым дополнительным источником смещения и непосредственно с анодом первого диода, катод которого является. выходом датчика глубины отсечки выходного транзистора. Датчик глубины отсечки выходногО транзистора выполнен на шестом транзисторе, имеющемн-р-и -структуру втором диоде, третьем источнике стабильного тока, втором дополнительном источнике смещения, четвертом 40 и .пятом резисторах, первые выводы которых объединены и подключены к коллектору входного транзистора, второй вывод четвертого резистора соединен с эмиттером выходного транзисто ра, а второй вывод пятого резисторас объединенными базой выходного транзистора и эмиттером шестого транзистора, база которого подключена к источнику смещения, а коллектор 50 через третий источник стабильного тока соединен с вторым дополнительным источником смещения, и непосредственно с анодом второго диода, катод которого является выходом датчика глубины. отсечки выходного транзистора,На фиг. 1 представлена структурная.схема дифференциального усилителя; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема дифференциального усилителя по п. 2; на фиг. 3 - прин О ципиальная электрическая схема дифференциального усилителя по п.З; на фиг,.4 - принципиальная электрическая схема дифференциального усилителя по п.4. 65 Дифференциальный усилитель (фиг,1)содержит входные транзисторы 1 и 2,выходные транзисторы 3 и 4, несимметричную активную нагрузку 5, управляемый.источник б стабильного тока,источник 7 смещения, датчики 8 и 9глубины отсечки выходных транзисторов, первый и второй вспомогательныерезисторы 10 и 11, положительную иотрицательную шины 12 и 13 источникапитания.Датчик глубины отсечки выходноготранзистора дифференциального усилителя (фиг.2) содержит первый, второй,третий и четвертый транзисторы 1417, первый резистор 18, первый источник 19 стабильного тока,Датчик глубины отсечки выходноготранзистора дифференциального усилителя (фиг3) содержит пятый транзистор 20, первый диод 21, второйисточник 22 стабильного тока, первыйдополнительный источник 23 смещения,второй и третий резисторы 24 и 25.Датчик глубины отсечки выходноготранзистора дифференциального усилителя (фиг. 4) содержит шестой транзистор 26, второй диод 27, третийисточник 28 стабильного тока, второйдополнительный источник 29 смещения,четв ртый и пятый резисторы 30 и 31.ДиФференциальный усилитель работает следующим образом.Б статическом режиме выходныесигналы датчиков 8 и 9 глубины отсечки выходных транзисторов равны нулю.Выходной ток управляемого:источникаб стабильного тока Э перераспреде 6ляется между входными транзисторами1 и 2 следующим образомЭ -31 2. 2Датчики 8 и 9 глубины отсечкивыходных транзисторов постоянноконтролируют величины токов, протекающих либо в цепи эмиттера Зз (Фиг.2),либо в цепи базы 3 (фиг,4) выходныхтранзисторов 3 и 4, В частном случаео глубине отсечки выходных транзисторов 3 и 4 можно судить по,величиненапряжения на эмиттерно-Сазовомпереходе выходных транзисторов О(Фиг.З) .Если под действием входного напряжения дифференциального усилителтокиЗ 38 (или О, ) уменькаются отсвоего статического уровня на заданную величину, то на выходе датчика 8(9) глубины отсечки выходноготранзистора появляется сигнал, котсрый.изменяет выходной ток управляемого источника б стабильного токатаким образом, чтобы дальнейшееуменьшение контролируемого параметране наступило. Стабилизация 71,3илир выходного транзистора 3(4)эквивалентна стабилизация эмиттерного тока входных транзисторов 1(2) .В.результате все приращение входного напряжения дифференциального усилителя передается на выход управляемого источника б стабильного тока. Последнее и обусловливает расширение динамического диапазона диФференциального усилителя (Фиг,1). За счет новых связей в дифференциальном усилителе (Фиг.1) статический .режим активных элементов оказывается более стабильным и независя О щим от разброса их входных характеристик.Рассмотрим работу дифференциального усилителя- (фиг,2) .При нулевом входном напряжении 15 Ов =.0 четвертые транзисторы 17 в датчиках 8 и 9 глубины отсечки выходных транзисторов заперты, следо вательно, на.управляющий вход управляемого источника б стабильного тока сигнал .управления не поступает, Выходной ток управляемого источника бстабильного тока перераспределяется между входными транзисторами1 и 2 Закрытое состояние четвертыхтранзисторов 17 обеспечивается первыми резисторами 18Если напряжение на базе входногс транзистора 20 з=02 получает положительное приращение, то это вызывает уменьшение тока коллектора входного транзистора 1 и увеличение тока коллектора входного транзистора 2, При этом уменьшается и напряжение на первом резисторе 18. В результате при некотором=Ч : 25-50 мВ четвергртый транзистор 17 , датчик 8 глубины отсечки выходного транзистора начинают открываться, что приводит кувеличению тока управляемого источника б стабильного тока. Поэтому дальнейшая отсечка выходного транзистора3 прекращается и напряжение ча выходе управляемого, источника 6 стабильноготока перестает изменяться.Как следствие практически все входное дифференциальное напряжение дифференциального усилителя будет приложено к второму вспомогательному резистору 11. Поэтому коллекторный ток входного транзистора 2 начинает5 увеличиваться пропрцинальн Ь(г1 иг- рПрирапение тока 12 через первый резистор 18, второй транзистор 15 датчика 9 глубины отсечки выходного транзи:тора и выходной транзистор, 4 передается на выход дифференциального у"илителя.При больших отрицательных приращениях .02 увеличивается коллекторный 6 О ток входного транзистора 1, а именнооюЭтот ток через" первый резистор 18, второй транзистор 15 датчика 8 65 глубины отсечки выходного транзистора и выходной транзистор 3 также передается через несимметричную активную нагрузку 5 на выход дифференциального усилителя.Таким образом, в дифференциальных усилителях (фиг.1 и 2) фоомируется характеристика передачи цы - Г(О) не имеющая традиционных ораничений типа насыщения, причем координаты точек излома этой характеристики не зависят от разброса напряжений эмиттер - база основных транзисторов. Это позволяет применять в качестве данных. элементов полевые транзисторы составные транзисторы и т. в , т.е. уменьшать входной ток дифференциального усилителя и уровень его дрейфа.В любом случае за счет введения новых связей стабильность режима транзисторов будет обеспечена. Введение датчиков 8 и 9 глубины отсечки выходных транзисторов дает возможность расширить диапазон активной работы диФФеренциального усилителя без ухудшения статических и дрейфовых параметров и тем самым повысить быстродействие.В,цифференциальном усилителе (Фиг.З) при малых уровнях входного дифференциального сигнала ( ( 25- 50 мВ пятые транзисторы 20 датчиков 8 и 9 глубины отсечки выходных транзисторов насыщены, а управляемый вход управляемого источника б стабиль ного тока заперт.Если под действием О коллекторный ток входного транзистора 1 уменьшится до уровня тока 3 второгс источника 22 стабильного тока, датчика 8 глубины отсечки выходного транзистора,. где ток 7( Зф, где .1 - ток управляемого йсточника бстабильного тока при запертом управляемом входе, то (при равенстве номиналов второго и третьего резисторов 24 и 25) появляется выходной ток датчика 8 глубины отсечки выходного транзистора и следовательно, управляющий сигнал для управляемого источ ника 6 стабильного тока. Это вызывает стабилизацию тока. в первом вспомогательном резисторе 10 и приводит к .передаче всего дальнейшего приращенияв общую эмиттерную цень входных транзисторов,Как .следствие, в дифференциальном усилителе (фиг.З) коллекторный ток входного транзистора 2, т,е. ток нагрузки не ограничивается в широком диапазоне входного сигнала, а построение. датчиков 8 и 9 глубины отсечки выходных транзисторов позволяет повысить точность передачи сигнала в дифференциальном усилителе. Выполнение датчиков 8 и 9 глубины,отсечки выходных транзисторов диф 10849 б 2ференциального усилителя (фиг.4) чозволяет также уменьшить мощность, потребляемую дифференциальным усилителем.Все рассмотренные дифференциальные усилители имеют более высокую стабильность статического режима и меньший уровень дрефа. Во-первых, датчики 8 и 9 глубины отсечки выход" ных транзисторов не влияют на работу дифференциального усилителя в области 10 малых входных сигналов Оа 25-50 мВ. Во-вторых, элементы, подключенные к .дифференциальному усилителю для расширения его.диапазона активной работы, переходят в активный режим 15 не по потенциальному сигналу, как это имеет место в известном дифференциальном усилителе, а по токовому сигналу, которыИ формируется датчика 20 ми 8,9 глубины отсечки выходных транзисторов..Это позволяет отказаться от точного согласования уровней напряжения .на р - п-переходах дополнительных элементов, т.е. исключить влияние на статические параметры дифференциального усилителя..Преимущества предлагаемого дифференциального усилителя состоят, прежде всего, в улучшении быстродействия и статической точности. При этом выигрыш по максимальной скорости нарастания выходного напряжения может достигать одного-трех порядков. Кроме того, повышение быстродействия операционного усилителя за счет применения предлагаемого дифференциального усилителя оказывается более экономически эффективным.1084962 Составитель И.ВодяхинаТехред М.Кузьма Корректор А.дэя П.Ко Реда Го ел ам