Двотактний симетричний підсилювач струму

Двотактний симетричний підсилювач струму, який містить перше та друге джерела струму, резистор зворотного зв'язку, шини додатного і від'ємного живлення, вхідну і вихідну шини, шину нульового потенціалу, шість транзисторів, причому вхідну шину з'єднано з емітерами третього і четвертого транзисторів, а також з першим виводом резистора зворотного зв'язку, колектори третього і четвертого транзисторів з'єднано з базами п'ятого C2 2 91923 1 3 живлення відповідно, бази третього і четвертого транзисторів з'єднано з базами та колекторами першого і другого проміжних багатоемітерних транзисторів відповідно, а також з емітерами п'ятого і шостого транзисторів відповідно та з емітерами сьомого і восьмого транзисторів відповідно, емітери першого і другого проміжних багатоемітерних транзисторів з'єднано через третій і четвертий резистори з шинами додатного і від'ємного живлення відповідно, емітери сьомого і восьмого транзисторів об'єднано, бази сьомого і восьмого транзисторів з'єднано з колекторами п'ятого і шостого транзисторів відповідно та з базами першого і другого вихідних багатоемітерних транзисторів, колектори першого і другого вихідних багатоемітерних транзисторів з'єднано з шинами додатного і від'ємного живлення відповідно, емітери першого і другого вихідних багатоемітерних транзисторів з'єднано з другим виводом резистора зворотного зв'язку та з анодом і катодом першого і другого діодів, а також через вихідний резистор з шиною нульового потенціалу та з вихідною шиною. Недоліками аналогу є висока нелінійність, що обмежує галузь використання пристрою. За прототип обрано підсилювач постійного струму (Push-pull amplifier with current mirrors for determining the quiescent operating point, United States Patent 3,852,678, Dec.3, 1974), який містить перше і друге джерела струму, резистор зворотного зв'язку, шини додатного і від'ємного живлення, вхідну і вихідну шини, шину нульового потенціалу, шість транзисторів, причому вхідну шину з'єднано з емітерами третього четвертого транзисторів відповідно, а також з першим виводам резистора зворотного зв'язку, колектори третього і четвертого транзисторів з'єднано з базами п'ятого і шостого транзисторів відповідно, бази третього і четвертого транзисторів з'єднано з базами та колекторами першого і другого транзисторів відповідно, а також з першими виводами першого і другого джерел струму, емітери першого і другого транзисторів об'єднано та з'єднано з шиною нульового потенціалу, другі виводи першого і другого джерел струму та емітери п'ятого і шостого транзисторів з'єднано з шинами додатного і від'ємного живлення відповідно, колектори п'ятого і шостого транзисторів з'єднано з вихідною шиною та другим виводом резистора зворотного зв'язку. Недоліком прототипу є низька точність роботи, що виникає через неідентичність коефіцієнтів підсилення по струму верхнього і нижнього ярусів підсилювальних каскадів, які побудовано на транзисторах різної структури, а також висока нелінійність, що виникає через складність завдання робочих точок по постійному струму підсилювальних каскадів. В основу винаходу поставлено задачу створення двотактного симетричного підсилювача струму, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків між ними підвищується точність роботи за рахунок вирівнювання коефіцієнтів підсилення по струму верхнього і нижнього ярусів підсилювальних каскадів, які побудовано на транзисторах різної структури, а також підвищення лінійності за рахунок автоматизації процесу симет 91923 4 рування робочих точок по постійному струму підсилювальних каскадів. Це розширює галузь використання корисної моделі у різноманітних пристроях імпульсної та обчислювальної техніки, автоматики тощо. Поставлена задача досягається тим, що у двотактний симетричний підсилювач струму, який містить перше та друге джерела струму, резистор зворотного зв'язку, шини додатного і від'ємного живлення, вхідну і вихідну шини, шину нульового потенціалу, шість транзисторів, причому вхідну шину з'єднано з емітерами третього і четвертого транзисторів, а також з першим виводом резистора зворотного зв'язку, колектори третього і четвертого транзисторів з'єднано з базами п'ятого і шостого транзисторів відповідно, бази третього і четвертого транзисторів з'єднано з базами та колекторами першого і другого транзисторів відповідно та через перше і друге джерела струму з шинами додатного і від'ємного живлення відповідно, емітери першого і другого транзисторів об'єднано та з'єднано з шиною нульового потенціалу, емітери п'ятого і шостого транзисторів з'єднано з шинами додатного і від'ємного живлення відповідно, вихідну шину з'єднано з другим виводом резистора зворотного зв'язку, введено перший і другий компенсатори струму та двонаправлений відбивач струму, причому виходи першого і другого компенсаторів струму з'єднано з колекторами третього і четвертого транзисторів відповідно та з базами п'ятого і шостого транзисторів відповідно, шини живлення першого і другого компенсаторів струму з'єднано з шинами додатного і від'ємного живлення відповідно, входи першого і другого компенсаторів струму з'єднано з першим і другим виходами двонаправленого відбивача струму відповідно, колектори п'ятого і шостого транзисторів з'єднано з першим і другим входами двонаправленого відбивача струму відповідно, третій вихід двонаправленого відбивача струму з'єднано з другим виводом резистора зворотного зв'язку та з вихідною шиною. На кресленні представлено принципову схему двотактного симетричного підсилювача струму. Пристрій містить вхідну шину 6, яку з'єднано з емітерами третього 8 і четвертого 9 транзисторів, а також з першим виводом резистора зворотного зв'язку 15, бази третього 8 і четвертого 9 транзисторів з'єднано з базами та колекторами першого 2 і другого 4 транзисторів відповідно та через перше 1 і друге 5 джерела струму з шинами додатного 26 і від'ємного 28 живлення відповідно, емітери першого 2 і другого 4 транзисторів об'єднано та з'єднано з шиною нульового потенціалу 3, колектори третього 8 і четвертого 9 транзисторів з'єднано з базами п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів відповідно та з виходами 7, 10 першого 11 і другого 12 компенсаторів струму відповідно, шини живлення 13, 14 першого 11 і другого 12 компенсаторів струму та емітери п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів з'єднано з шинами додатного 26 і від'ємного 28 живлення відповідно, входи 16, 19 першого 11 і другого 12 компенсаторів струму з'єднано з першим 17 і другим 18 виходами двонаправленого відбивача струму 20 відповідно, колектори п'ятого 5 21 і шостого 24 транзисторів з'єднано з першим 22 і другим 23 входами двонаправленого відбивача струму 20 відповідно, третій вихід 25 двонаправленого відбивача струму 20 з'єднано з другим виводом резистора зворотного зв'язку 15 та з вихідною шиною 27. Пристрій працює таким чином. Якщо вхідний сигнал у вигляді струму втікає на вхідну шину 6 пристрою, тоді четвертий 9 транзистор привідкривається, а третій 8 транзистор призакривається. Колекторний струм четвертого 9 транзистора збільшується і збільшується базовий струм шостого 24 транзистора, при цьому він привідкривається. Колекторний струм третього 8 транзистора зменшується і зменшується струм бази п'ятого 21 транзистора, що призводить до його призакривання. У цьому випадку струм із вхідної шини 27 втікає у схему, тому вихідна напруга зменшується та наближається до напруги шини від'ємного живлення 28. В умовах асиметрії коефіцієнти передачі по струму п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів будуть неідентичними. У даному випадку це призводить до зменшення вихідного струму двонаправленого відбивача струму 20, а це у свою чергу призводить до зменшення вихідного струму першого 11 і другого 12 компенсаторів струму. При цьому на п'ятий 21 транзистор діє позитивний зворотній зв'язок, а на шостий 22 транзистор діє від'ємний зворотній зв'язок. Зменшення вихідного струму першого 11 компенсатора струму призводить до додаткового привідкривання п'ятого 21 транзистора і збільшення його колекторного струму. Водночас зменшення вихідного струму другого 12 компенсатора струму гальмує подальше привідкривання шостого 24 транзистора. Вказаний процес регулювання триває доти, аж поки прирости базових струмів п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів не будуть збалансовані. Симетрування призводить до того, що в зоні малих сигналів амплітуди приростів колекторних струмів п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів вирівнюються, а в зоні великих сигналів співвідношення приростів будуть пропорційними. Якщо вхідний сигнал у вигляді струму витікає у вхідну шину 6 пристрою, тоді четвертий 9 транзистор призакривається, а третій 8 транзистор привідкривається. Колекторний струм четвертого 9 транзистора зменшується і зменшується базовий струм шостого 24 транзистора, при цьому він призакривається. Колекторний струм третього 8 транзистора збільшується і збільшується струм бази п'ятого 21 транзистора, що призводить до його привідкривання. У цьому випадку струм із вхідної шини 27 витікає зі схеми, тому вихідна напруга збільшується та наближається до напруги шини додатного живлення 28.В умовах асиметрії коефіцієнти передачі по струму п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів будуть неідентичними. У даному випадку це призводить до збільшення вихідного струму двонаправленого відбивача струму 20, а це у свою чергу призводить до збільшення вихідного струму першого 11 і другого 12 компенсаторів струму. При цьому на п'ятий 21 транзистор діє позитивний зворотній зв'язок, а на шостий 22 транзистор діє від'ємний зворотній 91923 6 зв'язок. Збільшення вихідного струму першого 11 компенсатора струму призводить до додаткового призакривання п'ятого 21 транзистора і зменшення його колекторного струму. Водночас збільшення вихідного струму другого 12 компенсатора струму гальмує подальше призакривання шостого 24 транзистора. Вказаний процес регулювання триває доти, аж поки прирости базових струмів п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів не будуть збалансовані. Симетрування призводить до того, що в зоні малих сигналів амплітуди приростів колекторних струмів п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів вирівнюються, а в зоні великих сигналів співвідношення приростів будуть пропорційними. Підвищення точності роботи досягається тим, що автоматично задається режим по постійному струму першого 22 і другого 23 входів двонаправленого відбивача струму 20, а також шляхом симетрування значень коефіцієнтів передачі підсилювальних каскадів, які побудовано на транзисторах різних типів провідності, тобто п'ятому 21 - p-n-р і шостому 24 - n-p-n і шостого 24 транзисторах відповідно. Завдання режимів по постійному струму п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів формується таким чином: Нехай вхідний струм Івх= 0. При цьому через колекторні переходи третього 8 і четвертого 9 транзисторів протікає наскрізний струм: Інск Ік8 Ік9 І1дж І2дж де Інск- наскрізний струм через колекторні переходи третього 8 і четвертого 9 транзисторів Ік8, Ік9 - колекторні струми третього 8 і четвертого 9 транзисторів відповідно І1дж,І2дж -струми першого 1 і другого 5 джерел струму відповідно. Струми колекторних переходів третього 8 і четвертого 9 транзисторів подаються в бази п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів відповідно, який призводить до їхнього привідкривання. Це викликає появу наскрізного струму І*нск з першого 17 і другого 18 виходів двонаправленого відбивача струму 20. Вказаний струм подається на входи 16, 19 першого 11 і другого 12 компенсаторів струму відповідно. У цьому випадку в виходів 7, 10 першого 11 і другого 12 компенсаторів струму відповідно з'являються різницеві струми, які рівні: Iб21 Ік 8 І` , Iб22 І9 І`` ` `` I I де б 21 , б22 різницеві струми; І , І - компенсуючі струми із виходів 7,10 першого 11 і другого 12 компенсаторів струму відповідно. Через кола зворотного до складу яких входять двонаправлений відбивач струму 20 зв'язку та перший 11 і другий 12 компенсатори струму реалізується процес компенсації постійних складових колекторних струмів третього 8 і четвертого 9 транзисторів. Вказаний процес регулювання закінчується тоді коли наскрізний струм колекторних переходів п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів будуть рівними наскрізному струму колекторних переходів третього 8 і четвертого 9 транзисторів. Наявність вищезгаданих кіл зворотного зв'язку також дозволяє: 7 91923 1) Зменшити похибку зміщення нуля шляхом автоматизації симетрування робочих точок по постійному струму підсилювальних каскадів. 2) Зменшити похибку лінійності передатної характеристики в діапазоні вихідного сигналу шляхом вирівнювання значень коефіцієнтів передачі по постійному струму підсилювальних каскадів верхнього і нижнього ярусів, які побудовано на транзисторах різної провідності. Вхідний струм розгалужується в точці об'єднання емітерів третього 8 і четвертого 9 транзис К І` КІ К І` К І`` . Для даної схеми: p n p K I` , n p n p n p 1 p n p n p n n p n K I`` Ік 21 Ік 22 де , - прирости колекторних струмів п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів відповідно. Дана різниця поступає на перший 22 і другий 23 входи двонаправленого відбивача струму 20 і викликає зміщення вихідного струму двонаправленого відбивача струму 20. При цьому залежно * Iвих від знака вихідний струм двонаправленого відбивача струму 20 може збільшуватися або ж зменшуватися. Відповідно той транзистор який має більший коефіцієнт передачі призакривається або привідкривається більше, ніж транзистор з меншим коефіцієнтом передачі. В результаті вказаного симетрування: 1 n p n p n p n p n Ік 22 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Ік 21 , Івх К` К `` де І , І - коефіцієнти підсилення по струму верхнього і нижнього підсилювальних каскадів. Загальний коефіцієнт підсилення рівний: торів на складові: . Вказані складові поступають в бази п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів відповідно. Якщо коефіцієнти передачі p n p, n p n є різними, то це викликає різні амплітуди приростів колекторних струмів п'ятого 21 і шостого 24 транзисторів відповідно. Різниця буде рівною: Ік 21 Ік 21 , Івх К І`` ` `` Івх Івх * Iвих 8 p n p Симетричний - це значить, що незважаючи на неідентичність коефіцієнтів передачі по струму p n p, n p n транзисторів підсилювальних каскадів верхнього і нижнього ярусів будуть рівними. Перше 1 і друге 5 джерела струму та переший 1, другий 4, третій 8, четвертий 9 транзистори утворюють схему завдання режиму по постійному струму. Резистор зворотного зв'язку 15 задає коефіцієнт підсилення. Шини додатного 26 і від'ємного 28 живлення, а також шина нульового потенціалу 3 забезпечують потрібний рівень напруги для живлення схеми. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601