Усилитель мощности

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - повышение быстродействия. Усилитель мощности содержит входной фазоинверсный каскад, выполненный на двух парах транзисторов, промежуточные каскады, выполненные на транзисторах, суммирующие каскады, вьшолненные на транзисторах , г-ры тока на резисторах, делители напряжения, цепь смещения, выходной двухтактный каскад и цепь отрицательной обратной связи. При подаче положительной (отрицательной) полхуволны сигнала на вход усилителя мощности происходит перераспределение токов в транзисторах промежуточного каскада. В результате этого происходит уменьшение (увеличение) тока одного из транзисторов суммирующего каскада и такое же увеличение (уменьшение ) тока другого транзистора. Разностный ток указанных транзисторов является входкьм током выходного двухтактного каскада и усиленный последним выделяется на нагрузке. Цель достигается за счет увеличения скорости нарастания фронта выходного сигнала, 1 ил. i (Л с со ел о оо 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК..SU„„1350818 А1 (51)4 H O3 F 3/20

В Г1 фУЦ1 !

> ;, 11 ч ° ф 1

4 .,,у

",, ." Т4 г" с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕКНЬ1Й КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4055988/24-09 (22) 16.04.86 (46) 07.11. 87. Бюл. Р 41 (72) В.Л.Гарнов, Ю.А.Пермичев и С.А.Пикунов (53) 621.375.026(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1053270, кл. Н 03 F 3/20, 1982. (54) УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повьппение быстродействия. Усилитель мощности содержит входной фазоинверсный каскад, выполненный на двух парах транзисторов, промежуточные каскады, выполненные на транзисторах, суммирующие каскады, выполненные на транзисторах, г-ры тока на резисторах, делителн напряжения, цепь смещения, выходной двухтактный каскад и цепь отрицательной обратной связи. При подаче положительной (отрицательной). полуволны сигнала на вход усилителя

I 1 мощности происходит перераспределение токов в транзисторах промежуточного каскада. В результате этого происходит уменьшение (увеличение) тока одного из транзисторов суммирующего каскада и такое же увеличение (уменьшение) тока другого транзистора.

Разностный ток указанных транзисторов является входным током выходного двухтактного каскада и усиленный последним выделяется на нагрузке.

Цель достигается за счет увеличения скорости нарастания фронта выходного сигнала. 1 ил.

13508

Изобретение относится к радиотехнике и MGKBT быть использовано в усилителях высококачественной аппаратуры воспроизведения звука в частносЭ

5 ти в качестве входных каскадов операционных усилителей.

Цель изобретения — повышение быстродействия, На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного усилителя мощности.

Усилнтель мощности содержит входной фазоинверсный каскад 1 выполненный на двух парах транзисторов, промежуточные каскады 2 и 3 на транзисторах 4,5 и 6,7 одного типа структуры и на транзисторах 8,9 и 10,11 другого типа структуры, два суммирующих каскада на транзисторах 12,13 и 14,15, два генератора тока на первых резисторах 16 и 17, вторые резисторы 18 и 19 и третьим резисторы 20 и 21 соответственно, два делителя напряжения 22,23, цепь 24 смещения, 25 выходной двухтактный каскад 25, цепь отрицательной обратной связи 26.

Усилитель мощности работает следующим образом.

В отсутствии входного сигнала все четыре коллекторных тока транзисторов входного фазоинверсного каскада 1 равны, поскольку каскад выполнен на парах транзисторов и имеет нулевые входные базовые потенциалы. Величина коллекторных токов заДается делите..лями напряжения 22,23, а также первыми резисторами 16,17 и напряжением питания.

Нагрузкой входного фазоинверсного каскада служат переходы эмиттер-база транзисторов 6,7 и 10,11, а также переходы база-эмиттер транзисторов

4,5 и 8,9, и поскольку все они выполнены на технологических парах транзисторов, то создаваемые на переходах напряжения попарно равны, следовательно., равны в плечах и коллекторные токи.

На резисторах 18,19 и 20,21 происходит сложение токов фаэоинверсного и промежуточного каскадов, при этом в случае неравенства токов через резисторы 16 и 17,, вызванного, например неидентичностью источников питания, токи через резисторы 18,19 также будут равны токам через резисторы 20,21.

18

Одновременно через резисторы 19 и

21 задаются токи транзисторов 13 и 15 соответственно. Падение напряжения на база-эмиттерных переходах транзисторов 13 и 15 скомпенсировано падением напряжения на транзисторах

12 и 14 соответственно, поэтому эмиттеры транзисторов 13 и 15 отслеживают потенциалы, создаваемые на резисторах 19 и 20 соответственно, следовательно, токи через резисторы

18 — 21 равны между собой. Таким образом, ток через транзисторы 13 и

15 в отсутствии вхсдного сигнала равен току, протекающему через резисторы 18 и 20, а равенство коллекторных токов этих транзисторов обеспечивает для выходного каскада 25 нулевой входной сигнал, который передается в нагрузку через выходной двухтактный каскад 25.

Падение напряжения на цепи 24 смещения создает начальное смещение на базах входных транзисторов выходного каскада 25.

При подаче положительной полуволны сигнала на вход усилителя мощности произойдет диагональное перераспределение токов в входном фазоинверсном каскаде 1 таким образом, что увеличатся токи через транзисторы б и 11 и на столько же уменьшатся токи через. транзисторы 7 и 10, что, в свою очередь, вызовет адекватное перераспределение токов в дифференциальных парах промежуточных каскадов, выполненных на транзисторах

4,5 и 8,9, последнее приведет к удвоенному изменению выходных токов промежуточных каскадов 2,3 по сравнению с входным фазоинверсным каскадом 1.

Это изменение приведет к уменьшению коллекторного тока транзистора

13 и такому же увеличению тока транзистора 15. Разностный ток транзисторов 13 и 15 является входным током выходного двухтактного каскада 25 и усиленный последним выделяется на нагрузке.

При подаче отрицательной полуволны сигнала на вход усилителя произойдет идентичное, с точностью до знака, перераспределение токов в транзисторах усилителя, в результате чего произойдет увеличение тока транзистора 13 и такое же уменьшение тока транзистора 15. Разностный ток

3 13 транзисторов 13 и 15 является входным током выходного двухтактного каскада

25 и усиленный последним выделяется на нагрузке.

В предлагаемом усилителе обеспечивается скорость нарастания фронта выходного сигнала выше по сравнению с известным при сохранении высокой линейности.

У известного усилителя максимальная скорость (V„ „ ) нарастания фронта определяется выходным током фазоинверсного каскада 1 и емкостя- ми база-коллекторных переходов транзисторов в фазоинверсном каскаде и в его нагрузке и выражается следующей зависимостью

Io

IIpот к к где 2I — максимальный выходной ток фазоинверсного каскада;

С к — емкость база-коллекторных переходов транзисторов фаэоинверсного каскада и его нагрузки.

У предлагаемого усилителя мощности максимальная скорость нарастания фронта V определяется отношемакс нием выходного тока суммирующего каскада I

5 макс к емкостям база-коллекторных переходов (С „) транзисторов 13,15 и первых транзисторов выходного двухтактного каскада $ .макс

V (1) макс ° 4С к

Выразим Х g мак через ток Входно» го фазоинверсного каскада. Коллекторные токи входного фазоинверсного каскада I II выражаются через входное напряжение

I = d I f1 + th(-> )) = I +

+ ьк о1 (2) т r где c(— коэффициент усиления по току в схеме с общей базой;

2Io — ток через резистор 17; ц, — температурный потенциал;

th — гиперболический тангенс.

Нагрузкой входного фазоинверсного каскада служат базаэмиттерные переходы транзисторов 6,7.

Поскольку динамическое сопротив-. ление нагрузки низкое, то эффект

5Р V Б35 V5ó 5

= — р, () — „, (4) где V . — напряжение на переходе

b3i база-эмиттер i-го транзистора.

Коллекторные токи I k, I „ диффе1 k1 ренциального каскада на транзисторах

4 5 связаны между собой следующим соотношением, Л т °

kg

Подстановкой dV из формулы 4 получаем

II

Ik, Ik

I„j

Подстановкой формул 2 в 5 находим

35 токи I,,I на выходе промежуточного каскада 2

2Iî(1 + т (6 (5) 40 I = 2I" = 2I (1 — -« "-) т

Запишем закон Кирхгофа для токов узла

|

45 9 + (7) где I — ток через резистор 19;

Х вЂ” коллекторный ток транзистоs ра 13.

Поскольку транзисторы 12,13 иден50 тичны, то падение напряжения на транзисторе в диодном включении 12 равно падению напряжения база-эмиттер транзистора 13, следовательно, напряжение на резисторе 19 при наличии сиг55 нала отслеживает за напряжением на резисторе 18 посредством транзистора 13, т.е. Н» 14 RI8 Х, при

R, = 0,5В» получаем I = 2Х (8)

Подставляя (8) и (6) в (7) получаем

50818

Миллера не проявляется, а нелинейность нагрузки скомпенсирует нелинейность дифференциальной пары на транзисторах 4,5, что подтверждается выражениями (3,4,5).

Падение напряжения на переходах база-эмиттер транзисторов 6,7 (7, 7, ) определяется

636 1 у!

7 1 1п — —; (3)

Чс Ч 1п- ——

Б37 т

КО1 где I к, = I „— обратный ток коллекторов пары транзисторов 6,7. Входное напряжение дифференциального каскада (лЧ) на транзисторах 4,5 равно

1350818

I = 2I — I = 2I (2 + --- — 1 +

1 вк в 2, 1 о М т

+ — -) = 2I (1+ — — )

> вк 31 вк (9) г, ° гр, Аналогично находим, что () Ьх ) (10) т

Из формул (9) и (10) видно., что выходной ток суммирующего каскада не зависит от параметров используемых транзисторов, что подтверждает линейность усиления.

Выходной ток суммирующего каскада

I< равен

5 в 3

Максимальное значение тока I

5 макс равно I

1 макс Э макс Э мин

Из формул (9) и (10) О, тогда (11)

25 в (1) находим, в мнн — 8 нн gмакс 8Io

Подстановкой (11) что

2I о ю ° С

Формула изобретения

Усилитель мощности, содержащий

Входной фаэОинверсный каскад выпол 45 ненный на двух парах транзисторов, имеющих противоположный тип структуры, включенных по дифференциальной схеме, выходной двухтактный каскад с цепью смещения на диодах во входной цепи и 50 цепью отрицательной обратной связи с

При одинаковых значениях С „ и Х 0 скорость нарастания фронта у предла,гаемого усилителя вдвое выше..

Кроме того, увеличение I в известном устройстве ограничивается устойчивостью усилителя, связанной с увеличением частоты среза. В пред.лагаемом усилителе частота среза, а следовательно, и I могут иметь большие значения из-за сведения к минимуму эффекта Миллера.

40 выхода выходного двухтактного каскада на один вход входного фазоинверсного каскада, другой вход которого является входом усилителя мощности, о тл и ч а ю шийся тем, что, с .целью повышения быстродействия, в . каждое плечо входного фазоинверсного каскада включен промежуточный каскад, выполненный на первом, втором, третьем и четвертом транзисторах, имеющих тот же тип структуры, что и транзисторы входного фазоинверсного каскада данного плеча, и суммирующий каскад, выполненный на пятом и шестом транзисторах, тип структуры которых противоположен тину структуры транзисторов фазоинверсного каскада данного плеча, при этом база первого и эмиттер третьего транзисторов, а также база второго и эмиттер четвертого транзисторов попарно объединены и подключены к коллекторам транзисторов данного плеча входного фазоинверсного каскада соответственно, причем эмиттеры первого и второго транзисторов объединены и через первый резистор подключены к эмиттерной цепи транзисторов другого плеча входного фазоинверсного каскада, коллекторы первого и четвертого. транзисторов объединены и подключены к коллектору и базам пятого и шестого транзисторов соответствующего суммирующего каскада, эмиттер шестого транзистора соединен с коллекторами второго и третьего транзисторов промежуточного каскада, базы третьего и четвертого транзисторов объединены и подключены к отводу введенного соответствующего делителя напряжения, включенного между соответствующей шиной источника питания и общей шиной, а эмиттеры пятого и шестого транзисторов через введенные второй и третий резисторы соответственно подключены к шине источника питания, при этом коллектор шестого транзистора каждого суммирующего каскада соединен с входом соответствующего плеча двухтактного выходного каскада.

1350818

Составитель Н.Дубровская

Редактор С.Патрушева Техред И.Попович . .Корректор А.Тяско

Заказ 5297/56

Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4