CS267760B1 - Dvojstupňový linéárny spStnovSzobný zos1lova č - Google Patents

Description

CS 267760 01 1

Vynález sa týká dvojstupňového linearného spBtnovSzobného zosilovača pře spracova-nie jednosměrných alebo strjedavých napBti a prúdov v Hneárnej oblasti zosilovacichvlastnosti.

Doposiat známe prevedenia dvojstupňových linearných spBtnovSzobných zosilovaíovso vzájemné komplementárnym prvým a druhým stupňom v n1 zkofrekvenčnej oblasti sz naj-častejšie riešia s prvým a druhým bipolárnym stupňom. Novšie sa riešia s unipolárnymprvým stupňom a bipolárnym druhým stupnou, pričom v obidvoch riešeniach druhý stupeňs bipolárnym tranzistorom nedovoluje prvému stupňu pracovat v plnom rozsahu kolektoro-vého prúdu s maximálně možným zosilenim nakolko bipolárny tranzistor na druhon stupnisi vyžaduje pre svoju činnost potřebu bázového prúdu, pričom prvý stupeň zatažuje níz-kou impedanciou. Při průdovej medzistupňovej vBzbe a zavedenej jednosmernej spStnej vSz-be vzniká elektrická smyčka čo v blízkosti magnetického pota sposobuje nežiadúce ru-šenie. Nastavenie jednosmernej spStnej vSzby je podstatné komplikované a závislé nanapajacom napáti. Zapojenia s unlpolárnym prvým stupňom a unipolárnym druhým stupňommožno využívat v nizkofrekvenčnej oblasti dost obmedzene, připadne s přidanými bipo-larnými typmi tranzistorov na vstupe. Zapojenia s prvým stupňom osadeným bipolárnymtranzistorom a druhým stupňom s tranzistorom MOSFET s obohacovaným kanálom sa naj-častejšie vyskytuje v koncových stupňoch bez vzájomnej spStnej vSzby a vyuiivajú cel-kovej spStnej vSzby z výstupu do predchádzajúceho budiaceho zosilovača, ktorý v pod-statné} miere určuje vlastnosti celého zariadenia, čím sa nevyuživajú plnohodnotnéspominané dva stupně.

Uvedené nedostatky odstraňuje dvojstupňový lineárny spStnovSzobný zesilovač podtavynálezu, kterého prvý stupeň je osadený tranzistorom bipolárnym,' připadne MOSFET sochudobneným kanálom a ktorého druhý stupeň je osadený tranzistorom MOSFET s obohacova-ným kanálom pričom tranzistor druhého stupňa je komplementárny voči tranzistoru prvéhostupňa a ktorého podstata spočiva v tom, že medzi prvý a druhý stupeň je zavedená spat-ná vSzba. SpStná vSzba medzi prvým a druhým stupňom je představovaná odporom, kteréhojeden koniec je připojený k emitoru prvého tranzistore a druhý koniec je připojený k vý-stupu druhého stupňa.

SpStná vSzba medzi prvým a druhým stupňom može byl představovaná aj priamým spoje-ním emitora prvého tranzistore s výstupom druhého stupňa.

Prvý stupeň adie byl tvořený diierenciáIným zapojením prvého a tretieho tranzistora,kde spatná vSzba představovaná odporom je zavedená medzi bázu tretieho tranzistora avýstup druhého stupňa. Druhý stupeň može tvořil kaskáda tranzisotorov tak, že medzi klad-nu svorku napajania a výstup druhého stupňa je zavedený odporový dělič do ktorého středuje připojená báza štvrtého tranzistora MOSFET, ktorého kolektor je připojený k výstupudruhého stupňa a ktorého emitor je připojený ku kolektoru druhého tranzistor» MOSFET.

Hlavné výhody navrhovaného dvojstupňového spStnovSzobného zosilovača umožňuje maxi-málně účinná jednosměrná spStná vSzba dosiahnutá navrhovaným sledom osadenia a konštruk-cie prvého a druhého stupňa čo okrem jednoduchého jednosměrného nastavenia a výbornejteplotnej stability aj pri zmene napaj. napStia prináša množstvo dalších kladných zna- /kov: možnosl'osadenia prvého stupňa bipolárným tranzistorom připadne MOSFET s ochudobne-ným kanálom s možnoslou činnosti v ktorejkotvek oblasti kolektorového prúdu, čo bipolar-nému tranzistoru dovoluje změnu vstupného odporu taktiež vhodnú šumovú oblasl pre obidvatypy tranzistorov možno využil maximum ich zosilenia nakolko prvý stupeň pracuje na ne-zaleženou stave čo podraieňuje vysoká vstupná impedancia druhého stupňa osadeného tran-zistorom MOSFET s obohateným kanálom, ktorý svojou nízkou vstupnou kapacitou spolu skolektorovým odporom prvého stupňa určuje frekvenčné a fázové vlastnosti eharakteromRC člena za spoluúčasti zápornej spStnej vSzby čo podstatné zjednodušuje návrh popiso- 2 CS 267760 B1 váného obvodu pre použitie v nizkofrekvenčnej oblasti připadne v oblasti vysokofrekvenč-nej. Prerušenie průdovej smyčky na přechode vSzby medzi prvým a druhým stupňom je dosia-hnutá imunita voči rušeniu magnetickým potom.

Na výkrese obr. 1 znázorňuje základné zapojenie dvojstupňového linearného spStno-vSzobného zosilovaia vo funkci neinvertujecého nízkofrekvenčního zosilovača so symetric-kým napajanim.

Na obr. 2 je znázorněný invertujúci nizkofrekvenčný zesilovač. Na obr. 3 je znázor-něný zesilovač - sledovač napUtia s jednotkovým napSlovým ziskom a vysokým vstupným od-porom.

Obr. 4 znázorňuje záměnu zosilovača v prvom stupni za diferenciálnym napSlový ze-silovač. čin vytvárá jednoduchý operačný zosilovač vo funkcii nizkofrekvenčného neinver-tujucého zosilovača. Obr. 5 znázorňuje doplnenie druhého stupňa o Salši unipolárny tran-zistor MOSFET s obohateným kanálom.

Obr. 6 znázorňuje úpravu v prvom a druhom stupni tak. že prvý stupeň tvoři dife-renciálny napUtový zosilovač a druhý stupeň tvoři kaskoda s MOSFET tranzistormi.

Na obr. 1 je znázorněný spStnovSzobný zosilovač v neinvertujúcem převedeni nizko-frekvenčného zosilovača s napajanim zo symetrického zdroja. Baza tranzistore Ti v prvomstupni tvoři voči nulového potenciálu zdroja vstup dvojstupňového zosilovača. zároveňje s týmto nulovým potenciálem spojená cez odpor Ri. Kolektor tranzistore Ti je připo-jený cez odpor R2 na kladný pol zdroja. zároveň Je připojený na riadiacu elektrodu tran-zistore T2. Emitor a substrát T2 Je priamo spojený s kladným polom zdroja. Kolektor tran-zistore T2 je připojený cez odpor R3 na záporný pol zdroja zároveň voči nulovému poten-ciálu zdroja tvoři výstup z dvojstupňového zosilovača cez kondenzátor C2.

Kolektor tranzistore T2 je spojený cez odpor R4 na emitor tranzistora Ti. ktorý jespojený s nulovým potenciálem zdroja cez odpor RS a kondenzátor C1.

Prvý stupeň osadený bipolárnym tranzistorom T1 pracuje ako napSlový zosilovač sospolečným emitorom. ktorý sa využiva vyrtuálne pre jednosměrné nastavenie z výstupu dru-hého stupňa cez odpor R4. ktorý sa zároveň využiva pre zápornu striedanú spďtnú vSzbu.Emitor tranzistora T1 je blokovaný RC členom pozostavajůci z odporu R5 a kondenzátoraCi z čeho sa určuje spodná hranica frekvenčného přenosu. Odpory R4 a R5 určujů zosile- nie dvojstupňového zesilovače podlá vzorca známého u operačných zoailovačov. Au = 1 — R4 · R1 v převedeni Au = 1 + . Kolektor tranzistora Ti ja napajaný z kladného pólu zdro- _R5 ja cez odpor R2 zároveň je spojený s riadiacou elektrodou unipolarného tranzistora typuMOSFET s obohacovaným kanálom ako T2. Odpor R2 a vstupná kapacita riadiacej elekteotíytranzistora T2 určujú hornů hranicu frekvenčného přenosu. Prvý a druhý stupeň je spoje-ný z kolektore tranzistora Ti do riadiacej elektrody tranzistora T2. přenos je převede-ný přechodům elektrickým polom čo slůži ako medzistupňová vSzba, ktorá nemá prúdový cha-rakter a impedancia je vysoká čo prvému stupňu s tranzistorom Ti dovoluje pracoval vnezalaženom režime. Oruhý stupeň je osadený tranzistorom T2 typu MOSFET s obohacovanýmkanalom, pričom je komplementárny voči tranzistoru Ti osadenom na prvom stupni.

Druhý stupeň pracuje ako napSlový zosilovač so společným emitorom pričom emitor asubstrát tranzistora T2 sů napajané z kladného pólu zdroja. Kolektor tranzistora T2 tvo-ři výstup dvojstupňového zosilovača a je napajaný cez odpo'r R3 zo záporného pólu zdroja. Z bodu spojenia odporu R3 a kolektore tranzistora T2 sa odvádza jednosměrná spStná cezodpor R4 do emitora tranzistora Ti. ktoré jednosměrně přednastaví obidva stupně do re-žimu pri ktorom výstupné jednosměrné naptitie je máto rozdielné voči vstupnému, preto bá-zu tranzistora Ti možno pomocou odporu Ri připojil na nulový potenciál zdroja a výstupsa mierne bude nachádzal v blízkosti nulového potenciálu v zápornej polovici zdroja. čim CS 267760 B1 3 sa zároveň vytvára polarizační napStie pre kondenzátor C1.

Na obr. 2 je znázorněný dvojstupňový lineárny spStnovďzobný zesilovač v invertujú-coro převedeni nízkofrekvenčního zosllovača s napajanlm zo symetrického zdroja. Emitortranzistore TI v prvom stupni tvoři vočl nulovému potenciálu zdroja vstup dvojstupňové-ho zosllovača cez kondenzétor C1 a odpor R1 je zároveň spojený cez odpor R4 na kolektortranzistore T2 na druhom stupni. Báza tranzistora T1 je priamo spojená s nulovým potenciálom zdroja. Kolektore Tije připojený cez odpor R2 na kladný pol zdroja, zároveň je připojený na riadiacu elekt-rodu tranzistore T2. Emitor a substát tranzistora T2 je priamo spojený s kladným polomzdroja. Kolektor tranzistora T2 je připojený cez odpor R3 na záporný pol zdroja, záro-veň voči nulovému potenciálu tvoři výstup z dvojstupňového zosllovača cez kondenzátor£2.

Zapojenie na obr. 2 voči zapojeniu na obr. 1 plni funkciu invertujucího nízkofrek-venčního zosllovača, záměnou elektrod tranzistora TI pričom emitor tvoři vstup cez R1a C1 a ba za je blokovaná připojením na nulový potenciál zdroja. bruhý stupeň a jedno-směrná spBtná v3zba je rovnako riešená ako v zapojeni na obr. 1. Striedavá záporná spdt- ná v3zba využívá odporu R4 voči odporu Rl, čim sa určuje zesilenie Invertujucího dvoj- • ~~ R4 stupňového zosllovača vzorcem Au = - . R1

Na obr. 3 je znázorněný spStnovSzobný zesilovač ako prúdový zesilovač s napajanlmzo symetrického zdroja.

Baza tranzistora TI v prvom stupni tvoři voči nulovému potenciálu zdroja vstup dvoj-stupňového zosllovača, zároveň je s týmto nulovým potenciálem spojená cez odpor Id. Ko-lektorem tranzistore TI je připojený cez odpor R2 na kladný pol zdroja, zároveň je při-pojený na riadicu elektrodu tranzistora T2. Emitor a substrát tranzistora T2 je priamospojený s kladným polom zdroja. Kolektor tranzistora T2 je připojený cez odpor R3 nazáporný pol zdroja, zároveň voči nulovému potenciálu zdroja tvoři výstup z dvojstupňo-vého zosllovača cez kondenzátor C2. Kolektor tranzistora T2 je priamo spojený s emitoromtranzistora T1.

Zapojenie na obr. 3 voči zapojeniu na obr. 1 plni funkciu průdového zosllovača aodličuje sa spStnou všlzbou, ktorá je vedená z kolektore tranzistora T2 priamým spojeníms emitorem tranzistora T1.

Zapojenie na obr. 4 voči zapojeniu na obr. 1 je doplněné v prvom stupni o prúdovýzesilovač s tranzistorem T3 a jeho emitorovým odporem R8, pričom vedenie jednosmerneja striedavej spMtnej vSzby z výstupu druhého stupňa cez odpor R4 sa privedie na bazutranzistora T3. ktorá zároveň je blokovaná cez odpor RS a kondenzátor Ci na nulový po-tenciál zdroja. Spojené emitory tranzistorov Ti a T3 sú napajané cez odpor R8 zo zápor-ného pólu zdroja.

Kolektor tranzistora T3 je napájaný z kladného pólu zdroja. Takto doplněný prvýstupeň dotvára dvojstupňový zosilovač na jednoduchý operačný zosilovač. zapojenie na obr. 5 voči zapojeniu na obr. 1 je doplněné v druhom stupni o tranzis-tor T4, ktorý je taktiež typu NOSFET s obohacovaným kanálom ako tranzistor T2 s ktorýratvorla kaskodu. Riadiaca elektroda tranzistora T4 je napajaná z odporového deliča zlo-ženého z odporov R6 a R7. ktorého jeden koniec je připojený ku kladnému pólu zdroja adruhý koniec ku kolektoru tranzistora T4. Týmto spdsobom možno zdvojnásobit napajacienap3tie a zároveň sa dosiahne nízkých medzielektrodových kapacit. pri použiti nižšiehonapajacieho napRtia je potřebné riadiacu elektrodu T4 blokovat kondenzátorom voči nulo-vému potenciálu zdroja.

Claims (6)

1. Dvojstupňový Uneárny spStnovBzobný zosllovač, ktorého prvý stupeň je osadený tran-zistorem blpolárnym, připadne HCSFET s ochudobneným kanalom a ktorého druhý stupeňje osadený tranzistorem MOSFET s obohateným kanalom, prlčora tranzistor druhého stup-ňa je komplementárny vočl tranzistoru prvého stupňa vyznačujůcl sa tým, že medzlprvý a druhý stupeň je zavedená spStná vSzba.

2. Dvojstupňový lineárny spStnovSzobný zosllovač podta bodu 1, vyznačujůcl sa tým, žespMtná vhzba medzl prvým a druhým stupňom je představovaná odporem IMI, ktorého je-den konlec je připojený k emitoru prvého tranzistore /71/ a ktorého druhý konlec jepřipojený k výstupu druhého stupňa.

3. Dvojstupňový lineárny sphtnovhzobný zesilovač podta bodu 1, vyznačujůcl sa tým, žespHtná vhzba medzl prvým a druhým stupňom je představovaná prlamým spojením emltoraprvého tranzistore /T1/ a výstupom druhého stupňa.

4. Dvojstupňový lineárny sphtnovhzobný zosllovač podta bodu 1, vyznačujůcl sa tým, žejeho prvý stupeň je tvořený diferendálnym zapojením prvého a tretleho tranzistore/T1, T3/, kde sphtná vhzba představovaná odporom./R4/ je zavedená medzl bázu tretle-ho tranzistore /T3/ a výstup druhého stupňa.

4 CS 267760 B1 Zapojenle znázorněné na obr. 6 vočl zapojeniu na obr. 1 je v prvou stupni převede-né ako na obr. 4 a v druhom stupni převedené ako na obr. 5 čím vzniká operaČný zosllovačs vyšším napajadm napitím. Možnosti navrhovaného vynálezu umožňujů všestranné použltle v elektrotethnike, kte-rá sa zaoberá jednosměrným a strledavým spracovanlm napNtia a prúdov. Vhodné vlastnostinavrhovaného vynálezu ho predurčujú pre meracle účely a univerzálně použltle v oblastinizkofrekvenčnej techniky. Přenosové vlastnosti nevylučujú ani možnost použltla vo vy-sokofrekvenčně j technlke. Pre podstatná jednoduchost je předpoklad použltla do hybrld-ných mlkrocelkov. PREDMET VYNÁLEZU

5. Dvojstupňový lineárny sphtnovhzobný zosllovač podta bodu 1, vyznačujůcl sa tým, žemedzl kladnů svorku napajanla /+UCC/ a výstup druhého stupňa je zavedený odporovýdělič /R6, R7/, do ktorého středu je připojená báza štvrtého tranzistore MOSFET nkt,ktorého kolektor je připojený k výstupu druhého stupňa a ktorého emltor je připojenýku kolektoru druhého tranzistore MOSFET /T2/.

6 výkresů