EA025282B1 - Однотактный усилитель с цифровым входом и его повторитель напряжения - Google Patents

Однотактный усилитель с цифровым входом и его повторитель напряжения Download PDF

Info

Publication number
EA025282B1
EA025282B1 EA201300368A EA201300368A EA025282B1 EA 025282 B1 EA025282 B1 EA 025282B1 EA 201300368 A EA201300368 A EA 201300368A EA 201300368 A EA201300368 A EA 201300368A EA 025282 B1 EA025282 B1 EA 025282B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
source
emitter
input
voltage
follower
Prior art date
Application number
EA201300368A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201300368A1 (ru
Inventor
Владимир Петрович ФЕДОСОВ
Original Assignee
Владимир Петрович ФЕДОСОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Петрович ФЕДОСОВ filed Critical Владимир Петрович ФЕДОСОВ
Priority to EA201300368A priority Critical patent/EA025282B1/ru
Priority to PCT/RU2014/000255 priority patent/WO2014168518A2/ru
Publication of EA201300368A1 publication Critical patent/EA201300368A1/ru
Publication of EA025282B1 publication Critical patent/EA025282B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66—Digital/analogue converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3001—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors
    • H03F3/3055—Parallelled mixed SEPP stages, e.g. a CMOS common drain and a CMOS common source in parallel or bipolar SEPP and FET SEPP in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3066—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the collectors of complementary power transistors being connected to the output
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3069—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Изобретения относятся к электронным усилителям звуковой частоты Hi-Fi, Hi End. Достигается получение любого масштабного коэффициента преобразования и сдвига; устранение эффекта Миллера; устранение фазового сдвига; устранение динамических искажений; устранение общих обратных связей; устранение интермодуляционных искажений. КПД повторителя около 50%. Повторитель симметричен во всем диапазоне напряжений входного сигнала и защищен от короткого замыкания на нагрузке. Усилитель содержит последовательные входной импульсный трансформатор, ЦАП, повторитель напряжения. ЦАП содержит предварительный конвертер, соединенный с повторителем тока, выход которого - аналоговый выход ЦАП. Повторитель напряжения содержит две последовательные цепи управляемого источника тока и эмиттерного повторителя, имеющих единую точку соединения этих четырех элементов, а также два задатчика токов управления, два управляющий транзистора. Задатчики соединяют вводы питания со входами управления эмиттерных повторителей. Соединенные базы управляющих транзисторов являются аналоговым входом повторителя напряжения. Эмиттеры управляющих транзисторов соединены с управляющими входами эмиттерных повторителей, коллекторы - с управляющими входами управляемых источников тока.

Description

Область техники
Заявляемая группа изобретений относится к электронике и радиотехнике, а именно к электронным усилителям, в частности к усилителям звуковой частоты Ηί-Ρί, Ηί Епб.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известны усилители, преобразователи ток-напряжение, аналоговые фильтры. Эти устройства для достижения высокого качества имеют в своем составе множество электронных компонентов, что является их недостатком.
Известна, например, схема усилителя с использованием цифроаналогового преобразователя РСМ1794, содержащая по три операционных усилителя на каждый выходной канал РСМ1794 (1Шр://\у\у\у.0.сот/ргобис1/рст1794). Цифровые данные на вход РСМ1794 поступают от контроллера. Наличие трех операционных усилителей приводит к большим нелинейным искажениям. Наличие обратных связей в операционных усилителях приводит к возникновению динамических искажений. В схеме отсутствует точная балансировка выходного канала ЦАП. Преобразователь ток-напряжение имеет высокое входное сопротивление. Схема не предусматривает устранение высокочастотного дифференциального синфазного шума.
Известна схема однотактного каскада, содержащего последовательно включенные повторитель и генератор тока (Дуглас Селф Проектирование усилителей мощности звуковой частоты, М., 2009, вариант на рис. 9.16 на стр. 309-310). Такой каскад имеет низкий КПД (не более 25%), неравные входные сопротивления для положительного и отрицательного сигнала, не подавляет четные гармоники, имеет разные скорости нарастания и спада сигнала, имеет интермодуляционные искажения.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые однотактный усилитель с цифровым входом и его повторитель напряжения, является увеличение точности преобразования токнапряжение, устранение динамических искажений, устранение интермодуляционных искажений, устранение эффекта Миллера, обеспечение одинаковых скоростей нарастания и спада в импульсном сигнале, уменьшение тепловых шумов.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым однотактным усилителем с цифровым входом, является получение любого масштабного коэффициента преобразования и сдвига;
устранение эффекта Миллера;
устранение фазового сдвига;
устранение динамических искажений;
устранение общих обратных связей;
устранение интермодуляционных искажений.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым повторителем напряжения усилителя, является повышение КПД до около 50%;
устранение фазового сдвига;
устранение динамических искажений;
устранение интермодуляционных искажений;
подавление четных гармоник сигнала;
симметричность действия повторителя во всем диапазоне напряжений входного сигнала; обеспечение защиты от короткого замыкания на нагрузке.
Сущность однотактного усилителя с цифровым входом состоит в том, что усилитель содержит цифровой приемник, выход которого соединен с цифровым входом предварительного конвертера, выполненного с возможностью преобразования цифрового кода на входе в ток на выходе, причем питание цифрового приемника и предварительного конвертера осуществляется от вводов питания постоянного тока с напряжениями VI и ν2 Отличается тем, что вход цифрового приемника соединен с выходом входного импульсного трансформатора, а выход предварительного конвертера соединен со входом повторителя тока, выход которого через нагрузочное сопротивление соединен с вводом питания постоянным током с напряжением ν3; соединен со входом повторителя напряжения.
При этом общий вывод повторителя тока соединен с вводом питания постоянным током с напряжением ν2. При этом повторитель напряжения содержит вводы питания постоянным током с напряжениями ν4 и ν5, первый и второй управляемые источники тока, первый и второй эмиттерные (истоковые) повторители с первым и вторым задатчиками токов управления, первый и второй управляющие транзисторы. При этом первый управляемый источник тока подключен к вводу питания с напряжением ν4, второй управляемый источник тока подключен к вводу питания с напряжением ν5, а точка соединения двух упомянутых источников тока является аналоговым выходом усилителя;
первый эмиттерный (истоковый) повторитель подключен к вводу питания с напряжением ν4, второй эмиттерный (истоковый) повторитель подключен к вводу питания с напряжением ν5, а точка соединения двух эмиттерных (истоковых) повторителей соединена с точкой соединения двух упомянутых ис- 1 025282 точников тока;
первый задатчик тока управления соединяет ввод питания с напряжением ν4 со входом управления первого эмиттерного (истокового) повторителя, а второй задатчик тока управления соединяет ввод питания с напряжением V5 со входом управления второго эмиттерного (истокового) повторителя;
соединенные друг с другом базы (затворы) первого и второго управляющих транзисторов являются аналоговым входом повторителя напряжения, при этом эмиттер (исток) первого управляющего транзистора соединен с управляющим входом первого эмиттерного (истокового) повторителя, коллектор (сток) первого управляющего транзистора соединен с управляющим входом второго управляемого источника тока, эмиттер (исток) второго управляющего транзистора соединен с управляющим входом второго эмиттерного (истокового) повторителя, коллектор (сток) второго управляющего транзистора соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока.
При этом напряжения питания связаны между собой одним из соотношений V > Ή > V4 > V5 > Vз или VI < V < V5 < V4 <
Предпочтительно выполнять предварительный конвертер с дифференциальным выходом. При этом дополнительный выход предварительного конвертера соединен со входом дополнительного повторителя тока, выход которого через дополнительное нагрузочное сопротивление соединен с вводом питания постоянным током с напряжением Vз. При этом общий вывод дополнительного повторителя тока соединен с вводом питания постоянным током с напряжением ^.
Целесообразно выходы предварительного конвертера соединять со входами обоих повторителей тока через первый синфазный дроссель, входы и выходы которого соединены, соответственно, первым и вторым конденсаторами. При этом последовательно входам и выходам синфазного дросселя включены четыре проходных конденсатора. При этом выходы обоих повторителей тока через два проходных конденсатора соединены со входами второго синфазного дросселя, входы и выходы которого соединены, соответственно, третьим и четвертым конденсаторами. При этом входы второго синфазного дросселя соединены между собой первым подстроечным сопротивлением. При этом выходы второго синфазного дросселя соединены, соответственно, с нагрузочным сопротивлением и дополнительным нагрузочным сопротивлением, которые соединены со входом питания с напряжением Vз через второе подстроечное сопротивление и схему установки нуля.
Схема установки нуля может содержать первый биполярный транзистор, эмиттер которого соединен со средним выводом второго подстроечного сопротивления, а коллектор которого соединен с вводом питания с напряжением Vз, при этом база первого биполярного транзистора соединена с его коллектором через параллельно установленные сопротивление и конденсатор; с коллектором второго биполярного транзистора, эмиттер которого через сопротивление соединен с вводом питания а база которого соединена с выходом операционного усилителя;
При этом неинвертирующий вход операционного усилителя через сопротивление соединен со входом повторителя напряжения. Инвертирующий вход операционного усилителя через сопротивление соединен с общим выводом источника питания; через конденсатор соединен с выходом операционного усилителя.
При этом входы операционного усилителя соединены между собой конденсатором и двумя диодами.
Сущность повторителя напряжения усилителя состоит в том, что он содержит последовательную цепь первого управляемого источника тока и второго эмиттерного (или истокового) повторителя, подключенную между вводами питания постоянным током с напряжениями V4 и V5. Причем первый управляемый источник тока подключен к вводу питания с напряжением V4, второй эмиттерный (истоковый) повторитель подключен к вводу питания с напряжением V5, а точка соединения первого управляемого источника тока и второго эмиттерного (истокового) повторителя является выходом повторителя напряжения. Отличается тем, что повторитель напряжения дополнительно содержит последовательную цепь второго управляемого источника тока и первого эмиттерного (истокового) повторителя, подключенную между вводами питания с напряжениями V4 и V5. Причем второй управляемый источник тока подключен к вводу питания с напряжением V5, первый эмиттерный (истоковый) повторитель подключен к вводу питания с напряжением V4, а точка соединения второго управляемого источника тока и первого эмиттерного (истокового) повторителя соединена с точкой соединения первого управляемого источника тока и второго эмиттерного (истокового) повторителя. При этом повторитель напряжения дополнительно содержит первый и второй задатчики токов управления, первый и второй управляющие транзисторы. Причем первый задатчик тока управления соединяет ввод питания с напряжением V4 со входом управления первого эмиттерного (истокового) повторителя, а второй задатчик тока управления соединяет ввод питания с напряжением V5 со входом управления второго эмиттерного (истокового) повторителя;
соединенные друг с другом базы (затворы) первого и второго управляющих транзисторов являются аналоговым входом повторителя напряжения, при этом эмиттер (исток) первого управляющего транзистора соединен с управляющим входом первого эмиттерного (истокового) повторителя, коллектор (сток)
- 2 025282 первого управляющего транзистора соединен с управляющим входом второго управляемого источника тока, эмиттер (исток) второго управляющего транзистора соединен с управляющим входом второго эмиттерного (истокового) повторителя, коллектор (сток) второго управляющего транзистора соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока.
Повторитель напряжения может быть реализован на биполярных транзисторах. При этом первый управляемый источник тока, второй эмиттерный повторитель и первый управляющий транзистор выполнены каждый в виде биполярного транзистора р-п-р типа, а второй управляемый источник тока, первый эмиттерный повторитель и второй управляющий транзистор выполнены каждый в виде биполярного транзистора п-р-п типа. При этом первый источник тока соединен эмиттером с вводом питания с напряжением ν4, а коллектором - с коллектором второго источника тока, чей эмиттер соединен с вводом питания с напряжением ν5. При этом первый эмиттерный повторитель соединен коллектором с вводом питания с напряжением ν4, а эмиттером - с эмиттером второго эмиттерного повторителя, чей коллектор соединен с вводом питания с напряжением ν5. При этом первый и второй задатчики тока управления выполнены в виде резисторов. При этом первый управляющий транзистор соединен эмиттером с базой первого эмиттерного повторителя, а коллектором - с базой второго управляемого источника тока. При этом второй управляющий транзистор соединен эмиттером с базой второго эмиттерного повторителя, а коллектором - с базой первого управляемого источника тока.
Повторитель напряжения может быть реализован на полевых транзисторах. При этом первый управляемый источник тока и второй истоковый повторитель выполнены каждый в виде полевого транзистора с каналом р-типа, затвор и исток которого соединены через сопротивление, первый управляющий транзистор выполнен в виде полевого транзистора с каналом р-типа, затвор которого снабжен первой схемой смещения. При этом второй управляемый источник тока и первый истоковый повторитель выполнены каждый в виде полевого транзистора с каналом п-типа, затвор и исток которого соединены через сопротивление. При этом второй управляющий транзистор выполнен в виде полевого транзистора п-типа, затвор которого снабжен второй схемой смещения. При этом первый источник тока соединен истоком с вводом питания с напряжением ν4, а стоком - со стоком второго источника тока, чей исток соединен с вводом питания с напряжением ν5. При этом первый истоковый повторитель соединен стоком с вводом питания с напряжением ν4, а истоком - с истоком второго истокового повторителя, чей сток соединен с вводом питания с напряжением ν5. При этом первый и второй задатчики тока управления выполнены в виде резисторов. При этом первый управляющий транзистор соединен истоком с затвором первого истокового повторителя, а стоком - с затвором второго управляемого источника тока. При этом второй управляющий транзистор соединен истоком с базой второго истокового повторителя, а стоком - с базой первого управляемого источника тока.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема усилителя; на фиг. 2 - схема ЦАП усилителя по примеру 2; на фиг. 3 схема ЦАП по примеру 6; на фиг. 4 - схема ЦАП по примеру 8; на фиг. 5 - схема ЦАП по примеру 9; на фиг. 6 - схема ЦАП по примеру 10; на фиг. 7 - схема повторителя напряжения по примерам 1, 3, 5; на фиг. 8 - схема повторителя напряжения по примерам 2, 4, 6, на фиг. 9 - схема повторителя напряжения по примеру 7, на фиг. 10 - схема повторителя напряжения по примеру 8.
Варианты осуществления однотактного усилителя с цифровым входом
Заявляемый усилитель (фиг. 1) имеет цифровой вход (1), который через входной импульсный трансформатор (2) соединен со входом цифрового приемника (3). Выход цифрового приемника (3) соединен с цифровым входом (4) цифро-аналогового преобразователя (5), далее именуемого ЦАП (5). Аналоговый выход (6) ЦАП (5) соединен со входом (7) повторителя напряжения (8). Выходы (9) повторителя (8) являются выходами усилителя.
Входной импульсный трансформатор (2) предназначен для передачи прямоугольных импульсов цифровых данных и одновременной гальванической развязки цифрового входа (1) от остальных элементов усилителя.
Цифровой приемник (3) предназначен для получения входных данных и передачи их в ЦАП (5), предпочтительно, в формате Ι2δ. Питание цифрового приемника (3) осуществляется от источника питания (не показан) постоянного тока с напряжениями VI и ν2.
ЦАП (5) предназначен для преобразования цифровой последовательности данных о переменном сигнале на его цифровом входе (4) в напряжение на аналоговом выходе (6). ЦАП (5) снабжен входами питания постоянным током с напряжениями VI, ν2 и ν3, связанными между собой соотношениями VI > ν2 > ν3 или ν1 < ν2 < ν3.
ЦАП (5) содержит предварительный конвертер (10), преобразующий цифровые данные на своем входе в ток на выходе. При этом цифровой вход (4) ЦАП (5) является входом предварительного конвертера (10). Питание цифрового приемника (3) и предварительного конвертера (10) осуществляется от входов питания постоянным током с напряжениями ν1, ν2. Таким образом токи цифровых схем текут между входами питания с напряжениями ν1, ν2.
Выход предварительного конвертера (10) соединен со входом повторителя тока (11), выход которого является аналоговым выходом ЦАП (5) и через нагрузочное сопротивление (12) соединен с входом
- 3 025282 питания постоянным током с напряжением У3. Общий вывод повторителя тока (11) соединен со входом питания постоянным током с напряжением У2. Повторитель тока (11) является преобразователем иммитанса, имеет низкое входное и высокое выходное сопротивления.
Предпочтительно выполнять предварительный конвертер (10) с дифференциальным выходом. При этом его дополнительный выход соединен со входом дополнительного повторителя тока (13), выход которого через дополнительное нагрузочное сопротивление (14) соединен с входом питания постоянным током с напряжением У3. Общий вывод дополнительного повторителя тока (13) соединен со входом питания постоянным током с напряжением У2. Повторитель напряжения (8) содержит аналоговый вход (7);
по крайней мере один аналоговый выход (9);
вводы питания постоянным током с напряжениями У4 и У5, причем У4 > У5. Предпочтительно У4 = -У5;
первый (51) и второй (52) управляемые источники тока, последовательно подключенные к вводам питания с напряжениями У4 и У5. При этом первый управляемый источник тока (51) подключен к вводу питания с напряжением У4, а второй управляемый источник тока (52) подключен к вводу питания с напряжением У5. Точка соединения двух источников тока (51, 52) является аналоговым выходом (9) повторителя напряжения (8);
первый (53) и второй (54) эмиттерные или истоковые повторители, последовательно подключенные к вводам питания с напряжениями У4 и У5. При этом первый повторитель (53) подключен к вводу питания с напряжением У4, а второй повторитель (54) подключен к вводу питания с напряжением У5. Точка соединения двух эмиттерных (истоковых) повторителей (53, 54) соединена с точкой соединения двух источников тока (51, 52);
первый (55) и второй (56) задатчики тока управления, каждый из которых соединяет один из вводов питания со входом управления одного из эмиттерных (истоковых) повторителей (53, 54), подключенного к тому же вводу питания. При этом первый задатчик тока управления (55) соединяет ввод питания с напряжением У4 со входом управления первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), а второй задатчик тока управления (56) соединяет ввод питания с напряжением У5 со входом управления второго эмиттерного (истокового) повторителя (54);
первый (57) и второй (58) управляющие транзисторы, соединенные базы (затворы) которых являются аналоговым входом (7) повторителя напряжения (8), эмиттерами (истоками) подключенные к управляющим входам одноименных эмиттерных (истоковых) повторителей (53, 54), а коллекторами (стоками) - к управляющим входам противоположных управляемых источников тока (52, 51). При этом эмиттер (исток) первого управляющего транзистора (57) соединен с управляющим входом первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), а коллектор (сток) первого управляющего транзистора (57) соединен с управляющим входом второго управляемого источника тока (52). Эмиттер (исток) второго управляющего транзистора (58) соединен с управляющим входом второго эмиттерного (истокового) повторителя (54), а коллектор (сток) второго управляющего транзистора (58) соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока (51).
При этом напряжения питания связаны между собой одним из соотношений У1 > У2 > У4 > У5 > У3 или У1 < У2 < У5 < У4 < У3.
Примеры конкретного выполнения ЦАП усилителя
Пример 1.
Предварительный конвертер (10) выполнен с дифференциальным выходом в виде преобразователя ΑΌ1853 производства Апа1од Όονίαοκ. 1пс., Ы1р.7/№№№.аиа1од.сот/51айс/1трог1ейй1е5/Па1а_8Ьее15/АО1853.рйГ. Выходной ток втекает в предварительный конвертер (10). При этом У! < У2 < У3, причем У1 = 0 В, У2 = +5 В, а У3 = +60 В.
Пример 2.
Аналогичен примеру 1. При этом повторитель тока (11) и дополнительный повторитель тока (13) выполнены каждый в виде биполярного транзистора п-р-п типа, включенного по схеме с общей базой (фиг. 2). При этом входом повторителей тока (11, 13) является эмиттер, выходом - коллектор, а общим выводом - база.
Пример 3.
Аналогичен примеру 1. При этом повторитель тока (11) и дополнительный повторитель тока (13) выполнены каждый в виде полевого транзистора с каналом п-типа, включенного по схеме с общим затвором. При этом входом повторителей тока (11, 13) является исток, выходом - сток, а общим выводом затвор, подключенный через схему смещения.
Пример 4.
Предварительный конвертер (10) выполнен с дифференциальным выходом в виде преобразователя
РСМ1794 производства Техак 1пк1гитеп15 1псогрога1ей, 1Шр://\у\у\уДгсот/ргойис1/рст1794. Выходной ток вытекает из предварительного конвертера (10).
- 4 025282
Пример 5.
Аналогичен примеру 4. При этом VI > ν2 > ν3, причем VI = +48 В, ν2 = +40 В, а ν3 = -60 В. То есть предварительный конвертер (10) приподнят относительно потенциала земли, его шины земли имеют положительный потенциал.
Пример 6.
Аналогичен примеру 4. При этом повторитель тока (11) и дополнительный повторитель тока (13) выполнены каждый в виде биполярного транзистора р-п-р типа, включенного по схеме с общей базой (фиг. 3). При этом входом повторителей тока (11, 13) является эмиттер, выходом - коллектор, а общим выводом - база.
Пример 7.
Аналогичен примеру 5. При этом повторитель тока (11) и дополнительный повторитель тока (13) выполнены каждый в виде полевого транзистора с каналом р-типа, включенного по схеме с общим затвором. При этом входом повторителей тока (11, 13) является исток, выходом - сток, а общим выводом затвор, подключенный через схему смещения.
Пример 8.
Аналогичен примеру 4. При этом выходы предварительного конвертера (10) соединены со входами повторителей тока (11, 13) через первый синфазный дроссель (15), входы и выходы которого соединены, соответственно, первым (16) и вторым (17) конденсаторами (фиг. 4). Синфазный дроссель (15) предназначен для подавления синфазной помехи и существенного подавления шумов квантования. Первый (16) и второй (17) конденсаторы предназначены для замыкания дифференциальной помехи.
Подавление синфазной помехи может быть усилено последовательным включением со входами и выходами синфазного дросселя (15) проходных конденсаторов (18, 19, 20, 21), а также соединением с помощью конденсаторов (22, 23) входов синфазного дросселя (15) со входом питания с напряжением ν2.
Выходы повторителей тока (11, 13) через проходные конденсаторы (24, 25) соединены со входами второго синфазного дросселя (26), входы и выходы которого соединены, соответственно, третьим (27) и четвертым (28) конденсаторами. Второй синфазный дроссель (26), как и первый (15), предназначен для подавления синфазной помехи и подавления шумов квантования. Третий (27) и четвертый (28) конденсаторы предназначены для замыкания оставшейся дифференциальной помехи.
Подавление синфазной помехи может быть усилено соединением с помощью конденсаторов (29, 30, 31, 32) входов и выходов второго синфазного дросселя (26) с общим входом питания, которым дополнительно снабжен ЦАП (5).
Для увеличения подавления синфазной помехи возможно каскадировать не только синфазные дроссели (15, 26), но и проходные конденсаторы.
С целью регулировки амплитуды сигнала на выходе ЦАП (5) входы второго синфазного дросселя (27) соединены первым подстроечным сопротивлением (33).
Выходы второго синфазного дросселя (27) соединены, соответственно, с нагрузочным сопротивлением (12) и дополнительным нагрузочным сопротивлением (14), которые соединены со входом питания с напряжением ν3 через второе подстроечное сопротивление (34) и схему установки нуля (35).
Второе подстроечное сопротивление (34) предназначено для точной балансировки вышеописанной дифференциальной системы, начало которой находится внутри предварительного конвертера (10) (его выходной дифференциальный каскад). При точной балансировке всей дифференциальной системы резко уменьшаются, в том числе, квадратичные искажения выходного каскада предварительного конвертера (10). Таким образом, и параметры самого предварительного конвертера (10) существенно улучшаются.
При этом второе подстроечное сопротивление (34) также является и нагрузочным для предварительного конвертера (10).
Пример 9.
Аналогичен примерам 5 и 8. При этом для целей реализации маломощного усилителя ν1 = +24 В, ν2 = +12 В, а ν3 = -24 В (фиг. 5).
При этом схема установки нуля (35) предназначена для поддержания потенциала нуля на выходе ЦАП (5) и выполнена следующим образом. Средний вывод второго подстроечного сопротивления (34) соединен с эмиттером первого биполярного транзистора (36) р-п-р типа схемы установки нуля (35), коллектор которого соединен с вводом питания с напряжением ν3. База первого транзистора (36) соединена с его коллектором через параллельно установленные сопротивление (37) и конденсатор (38).
База первого транзистора (36) также соединена с коллектором второго биполярного транзистора (39) р-п-р типа схемы установки нуля (35). Эмиттер этого транзистора (39) через сопротивление (40) соединен с вводом питания ν2.
Напряжение на базе второго транзистора (39) задается сигналом рассогласования на выходе операционного усилителя (41). Неинвертирующий вход усилителя (41) через сопротивление (42) соединен с аналоговым выходом (6) ЦАП (5). Инвертирующий вход усилителя (41) через сопротивление (43) соединен с нулем питания. Инвертирующий вход усилителя (41) также соединен с выходом усилителя (41) через конденсатор (44).
Входы усилителя (41) соединены между собой конденсатором (45) и диодами (46, 47).
- 5 025282
На выходе (6) ЦАП (5) размещен выходной каскад, содержащий генератор тока, построенный на транзисторе (48), коллектор которого является аналоговым выходом (6) ЦАП (5), и полевой транзистор (50), затвор которого соединен с выходом повторителя тока (11).
Пример 10.
Аналогичен примеру 7 и 8 (фиг. 6). При этом для целей реализации маломощного усилителя ν1 = +12 В, ν2 = 0 В, ν6 = -12 В, а ν3 = -24 В. При этом для сдвига напряжения на выходе повторителя тока (11) в область положительных напряжений перед подачей его на выход (6) ЦАП (5) используют генератор тока, построенный на транзисторе (48), коллектор которого является аналоговым выходом (6) ЦАП (5), цепь последовательно включенных светодиодов (49), полевой транзистор (50), затвор которого соединен с выходом повторителя тока (11).
При этом схема установки нуля (35) предназначена для поддержания потенциала ν2 (нуля) на выходе ЦАП (5) и выполнена следующим образом. Средний вывод второго подстроечного сопротивления (34) соединен с эмиттером первого биполярного транзистора (36) р-п-р типа схемы установки нуля (35), коллектор которого соединен с вводом питания с напряжением ν3. База первого транзистора (36) соединена с его коллектором через параллельно установленные сопротивление (37) и конденсатор (38).
База первого транзистора (36) также соединена с коллектором второго биполярного транзистора (39) р-п-р типа схемы установки нуля (35). Эмиттер этого транзистора (39) через сопротивление (40) соединен с вводом питания ν1.
Напряжение на базе второго транзистора (39) задается сигналом рассогласования на выходе операционного усилителя (41). Неинвертирующий вход усилителя (41) через сопротивление (42) соединен с аналоговым выходом (6) ЦАП (5). Инвертирующий вход усилителя (41) через сопротивление (43) соединен с вводом питания с напряжением ν2. Инвертирующий вход усилителя (41) также соединен с выходом усилителя (41) через конденсатор (44).
Входы усилителя (41) соединены между собой конденсатором (45) и диодами (46, 47).
Реализация конструктивных элементов заявляемого ЦАП не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы ЦАП усилителя
Цифровой сигнал со входа (4) поступает на предварительный конвертер (10). Соответствующий цифровому сигналу ток проходит через выход или выходы предварительного конвертера (10), повторитель тока (11) и, если есть, дополнительный повторитель тока (13). Вытекающий ток с выходов повторителей (11, 13) является током предварительного конвертера (10). Таким образом налицо возникновение токовой обратной связи, связывающей выходы повторителей (11, 13) с выходным каскадом предварительного конвертера (10). Такая внутренняя обратная связь повышает точность преобразования токнапряжение заявляемого ЦАП (5).
Ввиду того, что повторители тока (11, 13) не усиливают ток, а являются только дублерами, на них не возникают дополнительные нелинейные искажения. Преобразование тока предварительного конвертера (10) в напряжение происходит без применения каскадов усиления. При таком преобразовании, а фактически - усилении, не возникают и динамические искажения, так как нет общей отрицательной обратной связи в данном устройстве.
Известно, что проходные конденсаторы эффективно подавляют высокочастотные помехи, также известно, что радикальным средством уменьшения помех является их подавление в месте возникновения. На токовых выходах предварительного конвертера (10) имеются высокочастотные синфазные помехи с частотой его тактирования. При наличии синфазных дросселей (15, 26), подключенных к входам и выходам повторителей тока (11, 13) через проходные конденсаторы (18, 19, 20, 21, 24, 25), происходит не только подавление синфазной помехи, но и за счет рециркуляции энергии в моменты переключения ключей предварительного конвертера (10) сглаживаются микроступеньки на сигнале, что фактически повышает разрядность самого предварительного конвертера (10), и увеличивает точность преобразования ток-напряжение.
При прохождении синфазных помех через каждый из синфазных дросселей (15, 26) магнитные потоки двух синфазных сигналов складываются в ферритовом сердечнике дросселей (15, 26) и импенданс дросселей (15, 26) увеличивается, что и приводит к значительному подавлению синфазного сигнала. Полезный дифференциальный сигнал в полосе пропускания синфазных дросселей (15, 26) и проходных конденсаторов (18, 19, 20, 21, 24, 25) не ослабляется.
Изменяя величину нагрузочных сопротивлений (12, 14) можно устанавливать требуемый коэффициент преобразования ток-напряжение ЦАП (5) (коэффициент усиления).
При наличии первого подстроечного сопротивления (33) возможно выполнить регулировку уровня сигнала на аналоговом выходе (6) ЦАП (5).
При наличии второго подстроечного сопротивления (34) возможно выполнить компенсацию дисбаланса ЦАП (5), а именно компенсацию технологического дисбаланса внутренних модуляторов предварительного конвертера (10);
- 6 025282 компенсацию технологического разброса сопротивлений (12) и (14).
Точной балансировкой достигается высокая степень симметрии и минимальные искажения предварительного конвертера (10), отсутствующие в прототипе. Любое различие между двумя сигналами на выходе предварительного конвертера (10) приводит к тому, что небольшая часть дифференциального сигнала преобразуется в синфазный сигнал, то есть к повышению шума в полезном сигнале.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом однотактном усилителе с цифровым входом заявляемый технический результат: получение любого масштабного коэффициента преобразования и сдвига; устранение эффекта Миллера; устранение фазового сдвига; устранение динамических искажений; устранение общих обратных связей; устранение интермодуляционных искажений достигается за счет того, что усилитель содержит входной импульсный трансформатор, выход которого соединен со входом цифрового приемника, выход которого соединен с цифровым входом предварительного конвертера, выполненного с возможностью преобразования цифрового кода на входе в ток на выходе. Причем питание цифрового приемника и предварительного конвертера осуществляется от вводов питания постоянного тока с напряжениями VI и У2. Выход предварительного конвертера соединен со входом повторителя тока, выход которого через нагрузочное сопротивление соединен с вводом питания постоянным током с напряжением Vз; соединен со входом повторителя напряжения.
При этом общий вывод повторителя тока соединен с вводом питания постоянным током с напряжением ν2. При этом повторитель напряжения содержит вводы питания постоянным током с напряжениями V и ν5, первый и второй управляемые источники тока, первый и второй эмиттерные (истоковые) повторители с первым и вторым задатчиками токов управления, первый и второй управляющие транзисторы. При этом первый управляемый источник тока подключен к вводу питания с напряжением ν4, второй управляемый источник тока подключен к вводу питания с напряжением ν5, а точка соединения двух упомянутых источников тока является аналоговым выходом усилителя;
первый эмиттерный (истоковый) повторитель подключен к вводу питания с напряжением ν4, второй эмиттерный (истоковый) повторитель подключен к вводу питания с напряжением ν5, а точка соединения двух эмиттерных (истоковых) повторителей соединена с точкой соединения двух упомянутых источников тока;
первый задатчик тока управления соединяет ввод питания с напряжением V со входом управления первого эмиттерного (истокового) повторителя, а второй задатчик тока управления соединяет ввод питания с напряжением V5 со входом управления второго эмиттерного (истокового) повторителя;
соединенные друг с другом базы (затворы) первого и второго управляющих транзисторов являются аналоговым входом повторителя напряжения, при этом эмиттер (исток) первого управляющего транзистора соединен с управляющим входом первого эмиттерного (истокового) повторителя, коллектор (сток) первого управляющего транзистора соединен с управляющим входом второго управляемого источника тока, эмиттер (исток) второго управляющего транзистора соединен с управляющим входом второго эмиттерного (истокового) повторителя, коллектор (сток) второго управляющего транзистора соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока.
При этом напряжения питания связаны между собой одним из соотношений VI > ν2 > V > V5 > Vз или VI < ν2 < ν5 < V < ν3.
В заявленном усилителе достижение технического результата обеспечено за счет устранения всех усилителей напряжения и множественных обратных связей, создания гальванической связи ЦАП с выходным каскадом - преобразователем напряжения. Уменьшение тепловых шумов достигнуто за счет создания короткого тракта усиления. Устранение эффекта Миллера осуществлено за счет блокирования выходного каскада предварительного преобразователя каскадом повторителя тока с большим выходным и низким входным сопротивлениями.
Из предшествующего уровня техники известно, что синфазные и дифференциальные помехи, содержащиеся в выходных сигналах ЦАП сразу поступают на нагрузочный резистор или на входы в операционный усилитель, либо в иное усилительное устройство. Из предшествующего уровня техники известно, что нагрузочный резистор ЦАП является началом усилительного тракта и этот тракт имеет многочисленные каскады усиления, в которых вышеупомянутые синфазные и дифференциальные помехи усиливаются и преобразуются так, что качество сигнала ухудшается, а фильтрация помех усложняется.
Между тем, в данном изобретении нагрузочный резистор (12) является выходом усилительного тракта ЦАП (5).
В прототипе противофазные высокочастотные помехи большого уровня и синфазная высокочастотная помеха втекают в балансные входы операционных усилителей преобразователя Ι/ν, и перегружают дифференциальный каскад и каскад усиления, что приводит к появлению существенных динамических и интермодуляционных искажений в выходном полезном сигнале. Переходя из одного каскада в другой эти искажения еще больше возрастают.
- 7 025282
Варианты осуществления повторителя напряжения усилителя
Повторитель напряжения (8) усилителя (фиг. 1) содержит аналоговый вход (7); аналоговый выход (9);
вводы питания постоянным током с напряжениями У4 и У5, причем У4 > У5. Предпочтительно У4 =
-Уз;
первый (51) и второй (52) управляемые источники тока, последовательно подключенные к вводам питания с напряжениями У4 и У5. При этом первый управляемый источник тока (51) подключен к вводу питания с напряжением У4, а второй управляемый источник тока (52) подключен к вводу питания с напряжением У5. Точка соединения двух источников тока (51, 52) является аналоговым выходом (9) повторителя напряжения (8);
первый (53) и второй (54) эмиттерные или истоковые повторители, последовательно подключенные к вводам питания с напряжениями У4 и У5. При этом первый повторитель (53) подключен к вводу питания с напряжением У4, а второй повторитель (54) подключен к вводу питания с напряжением У5. Точка соединения двух эмиттерных (истоковых) повторителей (53, 54) соединена с точкой соединения двух источников тока (51, 52);
первый (55) и второй (56) задатчики тока управления, каждый из которых соединяет один из вводов питания со входом управления одного из эмиттерных (истоковых) повторителей (53, 54), подключенного к тому же вводу питания.
При этом первый задатчик тока управления (55) соединяет ввод питания с напряжением У4 со входом управления первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), а второй задатчик тока управления (56) соединяет ввод питания с напряжением У5 со входом управления второго эмиттерного (истокового) повторителя (54);
первый (57) и второй (58) управляющие транзисторы, соединенные базы (затворы) которых являются аналоговым входом (7) повторителя напряжения (8), эмиттерами (истоками) подключенные к управляющим входам одноименных эмиттерных (истоковых) повторителей (53, 54), а коллекторами (стоками) - к управляющим входам противоположных управляемых источников тока (52, 51). При этом эмиттер (исток) первого управляющего транзистора (57) соединен с управляющим входом первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), а коллектор (сток) первого управляющего транзистора (57) соединен с управляющим входом второго управляемого источника тока (52). Эмиттер (исток) второго управляющего транзистора (58) соединен с управляющим входом второго эмиттерного (истокового) повторителя (54), а коллектор (сток) второго управляющего транзистора (58) соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока (51).
Примеры конкретного выполнения повторителя напряжения усилителя
Пример 1.
У4 = +40 В, У5 = -40 В. Первый управляемый источник тока (51) выполнен в виде биполярного транзистора р-п-р типа, а второй управляемый источник тока (52) выполнен в виде биполярного транзистора п-р-п типа (фиг. 7). При этом эмиттер первого источника тока (51) соединен с вводом питания с напряжением У4, коллектор первого источника тока (51) соединен с коллектором второго источника тока (52), чей эмиттер соединен с вводом питания с напряжением У5.
Пример 2.
У4 = +40 В, У5 = -40 В. Первый управляемый источник тока (51) выполнен (фиг. 8) в виде полевого транзистора с каналом р-типа, затвор и исток которого соединены через сопротивление, а второй управляемый источник тока (52) выполнен в виде полевого транзистора с каналом п-типа, затвор и исток которого соединены через сопротивление. При этом исток первого источника тока (51) соединен с вводом питания с напряжением У4, сток первого источника тока (51) соединен со стоком второго источника тока (52), чей исток соединен с вводом питания с напряжением У5.
Пример 3.
У4 = +40 В, У5 = -40 В. Первый эмиттерный повторитель (53) выполнен в виде биполярного транзистора п-р-п типа, а второй эмиттерный повторитель (54) выполнен в виде биполярного транзистора р-п-р типа (фиг. 7). При этом коллектор первого эмиттерного повторителя (53) соединен с вводом питания с напряжением У4, эмиттер первого эмиттерного повторителя (53) соединен с эмиттером второго эмиттерного повторителя (54), чей коллектор соединен с вводом питания с напряжением У5.
Первый (55) и второй (56) задатчики тока управления выполнены в виде резисторов.
Пример 4.
У4 = +40 В, У5 = -40 В. Первый истоковый повторитель (53) выполнен в виде полевого транзистора с каналом п-типа, затвор и исток которого соединены через сопротивление, а второй истоковый повторитель (54) выполнен в виде полевого транзистора р-типа, затвор и исток которого соединены через сопротивление (фиг. 8). При этом сток первого истокового повторителя (53) соединен с вводом питания с напряжением У4, исток первого истокового повторителя (53) соединен с истоком второго истокового повторителя (54), чей сток соединен с вводом питания с напряжением У5.
Первый (55) и второй (56) задатчики тока управления выполнены в виде резисторов.
- 8 025282
Пример 5.
ν4 = +40 В, ν5 = -40 В. Первый (57) управляющий транзистор выполнен в виде биполярного транзистора р-п-р типа, а второй управляющий транзистор (58) выполнен в виде биполярного транзистора пр-п типа (фиг. 7). При этом эмиттер первого управляющего транзистора (57) соединен с базой транзистора первого эмиттерного повторителя (53), а коллектор первого управляющего транзистора (57) соединен с базой транзистора второго управляемого источника тока (52). Эмиттер второго управляющего транзистора (58) соединен с базой транзистора второго эмиттерного повторителя (54), а коллектор второго управляющего транзистора (58) соединен с базой транзистора первого управляемого источника тока (51).
На входе повторителя напряжения (8) размещен фильтр нижних частот, выполненный на дросселях (61, 62) и конденсаторах (63, 64).
Пример 6.
ν4 = +40 В, ν5 = -40 В. Первый (57) управляющий транзистор выполнен (фиг. 8) в виде полевого транзистора с каналом р-типа, затвор которого снабжен первой схемой смещения (59), а второй управляющий транзистор выполнен в виде полевого транзистора п-типа, затвор которого снабжен второй схемой смещения (60). При этом исток первого управляющего транзистора (57) соединен с затвором транзистора первого истокового повторителя (53), а сток первого управляющего транзистора (57) соединен с затвором транзистора второго управляемого источника тока (52). Исток второго управляющего транзистора (58) соединен с затвором транзистора второго истокового повторителя (54), а сток второго управляющего транзистора (58) соединен с затвором транзистора первого управляемого источника тока (51).
Пример 7.
Пример показывает реализацию повторителя напряжения с целью обеспечения постоянного тока потребления (фиг. 9). ν4 = +24 В, ν5 = -24 В. Первый управляемый источник тока (51) и второй эмиттерный повторитель (54) выполнены каждый в виде трех параллельно включенных биполярных транзисторов р-п-р типа 18Л1943. а второй управляемый источник тока (52) и первый эмиттерный повторитель (53) выполнены каждый в виде трех параллельно включенных биполярных транзисторов п-р-п типа 28С5200.
Эмиттеры транзисторов первого источника тока (51) соединены с вводом питания с напряжением ν4, а их коллекторы соединены с эмиттерами транзисторов второго эмиттерного повторителя (54) и соединены с выходом (9) повторителя напряжения (8). Коллекторы транзисторов второго эмиттерного повторителя (54) соединены с вводом питания с напряжением ν5.
Эмиттеры транзисторов второго источника тока (52) соединены с вводом питания с напряжением ν5, а их коллекторы соединены с эмиттерами транзисторов первого эмиттерного повторителя (53) и соединены с выходом (9) повторителя напряжения (8). Коллекторы транзисторов первого эмиттерного повторителя (53) соединены с вводом питания с напряжением ν4.
Первый (57) управляющий транзистор выполнен в виде биполярного транзистора р-п-р типа 28Л1943, а второй управляющий транзистор (58) выполнен в виде биполярного транзистора п-р-п типа 28С5200. При этом эмиттер первого управляющего транзистора (57) соединен с базой транзисторов первого эмиттерного повторителя (53), а коллектор первого управляющего транзистора (57) соединен с базой транзисторов второго управляемого источника тока (52).
Эмиттер второго управляющего транзистора (58) соединен с базой транзисторов второго эмиттерного повторителя (54), а коллектор второго управляющего транзистора (58) соединен с базой транзисторов первого управляемого источника тока (51).
Первый (55) и второй (56) задатчики тока управления содержат каждый силовой трансформатор (61) с двумя обмотками, каждая из которых выполнена со средним выводом. Концы первой обмотки через выпрямительные диоды (62) 8К30100 соединены с вводом питания с напряжением ν4, а средний вывод этой обмотки соединен с общим выводом (нулем питания). Концы второй обмотки через выпрямительные диоды (63) 8К30100 соединены с вводом питания с напряжением ν5, а средний вывод этой обмотки соединен с общим выводом (нулем питания) через измерительный резистор (64);
операционный усилитель (65), на один вход которого через сглаживающий КС-фильтр (66) подается сигнал с измерительного резистора (63), а на другой - потенциал источника опорного напряжения (67) регулятора тока покоя (этот источник общий для обоих задатчиков тока (55, 56)). В первом задатчике тока управления (55) потенциал источника опорного напряжения подается на инвертирующий вход операционного усилителя (65), а во втором задатчике (56) - на неинвертирующий вход усилителя (65).
При этом первый задатчик тока управления (55) дополнительно содержит третий управляемый источник тока (68), выполненный на биполярном транзисторе п-р-п типа 28С5200, база которого соединена с выходом операционного усилителя (65), эмиттер - с вводом питания с напряжением ν5, а коллектор - через цепь параллельно включенных конденсатора (69) и резистора (70) с вводом питания с напряжением ν4;
четвертый управляемый источник тока (71), выполненный на биполярном транзисторе р-п-р типа 28Л1943, база которого соединена с коллектором третьего управляемого источника тока (68), эмиттер - с вводом питания с напряжением ν4, а коллектор - с базами транзисторов первого эмиттерного повторите- 9 025282 ля (53).
При этом второй задатчик тока управления (56) дополнительно содержит пятый управляемый источник тока (72), выполненный на биполярном транзисторе р-п-р типа 28Л1943, база которого соединена с выходом операционного усилителя (65), эмиттер - с вводом питания с напряжением ν4, а коллектор - через цепь параллельно включенных конденсатора (73) и резистора (74) с вводом питания с напряжением ν5;
шестой управляемый источник тока (75), выполненный на биполярном транзисторе п-р-п типа 28С5200, база которого соединена с коллектором пятого управляемого источника тока (72), эмиттер - с вводом питания с напряжением ν5, а коллектор - с базами транзисторов второго эмиттерного повторителя (54).
Ток покоя настроен на ток 2,5 А.
Пример 8.
Пример показывает реализацию повторителя напряжения с несколькими аналоговыми выходами (9), предназначенными преимущественно для подключения нагрузки, оптимально воспроизводящей разные частоты (фиг. 10). ν4 = +24 В, ν5 = -24 В. Повторитель напряжения (8) содержит три первых управляемых источника тока (51) и три вторых эмиттерных повторителя (54) выполненных каждый в виде биполярного транзистора р-п-р типа 18Л1943. Также повторитель напряжения (8) содержит три вторых управляемых источников тока (52) и три первых эмиттерных повторителя (53) выполненных каждый в виде биполярного транзистора п-р-п типа 28С5200.
Коллекторы трех первых управляемых источников тока (51) образуют три аналоговых выхода (9) преобразователя напряжения (8).
Первый (57) управляющий транзистор выполнен в виде биполярного транзистора р-п-р типа 28Л1943. а второй управляющий транзистор (58) выполнен в виде биполярного транзистора п-р-п типа 28С5200. При этом эмиттер первого управляющего транзистора (57) соединен с базой транзисторов первых эмиттерных повторителей (53), а коллектор первого управляющего транзистора (57) соединен с базой транзисторов вторых управляемых источников тока (52). Эмиттер второго управляющего транзистора (58) соединен с базой транзисторов вторых эмиттерных повторителей (54), а коллектор второго управляющего транзистора (58) соединен с базой транзисторов первых управляемых источников тока (51).
Первый (55) и второй (56) задатчики тока выполнены как описано в примере 7.
Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы повторителя напряжения усилителя
При отсутствии сигнала на входе (7) повторителя напряжения (8) аналоговый выход (9) имеет потенциал средней точки между ν4 и ν5. Т.к. по предпочтительному исполнению ν4 = -ν5, то при отсутствии сигнала на входе (7) аналоговый выход (9) имеет потенциал земли.
При подаче сигнала на вход (7) он повторяется по напряжению на выходе (9). При этом, если сигнал на входе (7) превышает потенциал средней точки между ν4 и ν5, то ток в повторителе напряжения (8) течет через первый эмиттерный (истоковый) повторитель (53) и первый управляемый источник тока (51) . Если сигнал на входе (7) меньше потенциала средней точки между ν4 и ν5, то ток в повторителе напряжения (8) течет через второй эмиттерный (истоковый) повторитель (54) и второй управляемый источник тока (52).
Применение транзисторов управления (57, 58) предотвращает течение сквозных токов в следующих направлениях:
первый управляемый источник тока (51) - второй управляемый источник тока (52); первый управляемый источник тока (51) - второй эмиттерный (истоковый) повторитель (54); первый эмиттерный (истоковый) повторитель (53) - второй управляемый источник тока (52); первый эмиттерный (истоковый) повторитель (53) - второй эмиттерный (истоковый) повторитель (54).
Схема управления током преобразователя напряжения по примеру 7 работает следующим образом.
Ток из первой обмотки силового трансформатора (61) первого (55) задатчика тока управления через выпрямительные диоды (62) направляется в шину питания с напряжением ν4. Далее ток через транзисторы первого эмиттерного повторителя (53) поступает в коллекторы второго управляемого источника тока (52) и вытекает из эмиттеров этого источника в шину питания с напряжением ν5, откуда через два выпрямительных диода (63) направляется во вторую обмотку силового трансформатора (61). Далее, из средней точки второй обмотки трансформатора (61), ток направляется на измерительный резистор (64). Через сглаживающий фильтр (66) измеряемое напряжение с резистора (64) подается на инвертирующий вход операционного усилителя (65). Сигнал рассогласования опорного и измеряемого напряжения подается на транзистор (68). С коллектора транзистора (68) этот сигнал ошибки поступает на сопротивление (70) и конденсатор (69). Если в определенный момент времени контролируемый ток увеличится, сигнал ошибки попадет на транзистор (68), который уменьшит свой ток. Напряжение на резисторе (70) уменьшится. Следовательно, уменьшится ток источника на транзисторе (71) и ток в цепи измерительного рези- 10 025282 стора (64) (ток покоя) уменьшится и вернется в прежнее значение.
Ток из первой обмотки силового трансформатора (61) второго (56) задатчика тока управления через выпрямительные диоды (62) направляется в шину питания с напряжением Далее ток через транзисторы первого управляемого источника тока (51) поступает в эмиттеры второго эмиттерного повторителя (54) и вытекает из коллекторов этого повторителя в шину питания с напряжением откуда через два выпрямительных диода (63) направляется во вторую обмотку силового трансформатора (61). Далее, из средней точки второй обмотки трансформатора (61), ток направляется на измерительный резистор (64). Через сглаживающий фильтр (66) измеряемое напряжение с резистора (64) подается на неинвертирующий вход операционного усилителя (65). Сигнал рассогласования опорного и измеряемого напряжения подается на транзистор (72). С коллектора транзистора (72) этот сигнал ошибки поступает на сопротивление (74) и конденсатор (73). Если в определенный момент времени контролируемый ток увеличится, сигнал ошибки попадет на транзистор (72), который уменьшит свой ток. Напряжение на резисторе (74) уменьшится. Следовательно, уменьшится ток источника на транзисторе (75) и ток в цепи измерительного резистора (64) (ток покоя) уменьшится и вернется в прежнее значение.
Взаимодействие (перетекание) токов между первым каналом (первый источник тока (51) - второй эмиттерный повторитель (54)) и вторым каналом (второй источник тока (52) - первый эмиттерный повторитель (53)) не происходит. Вместе с тем оба эти каналы одновременно выдают ток в нагрузку.
Токи покоя обоих каналов настроены на ток 2,5 ампер. Если на вход устройства поступит положительный сигнал, то в нагрузку потечёт ток. Если ток в нагрузке составит 1 А, то этот ток будет состоять из двух токов. 0,5 А вытечет из первого эмиттерного повторителя (53) и 0,5 А вытечет из первого источника тока (51). Во втором канале одновременно уменьшится ток второго источника тока (52) на 0,5 А. Общий ток через второй канал останется неизменным и будет составлять по-прежнему 2,5 А. То же самое произойдет и с первым каналом, только в противоположной последовательности. В первом канале одновременно уменьшится ток второго эмиттерного повторителя (54) на 0,5 А. Общий ток через первый канал останется неизменным и будет составлять по-прежнему 2,5 А. При этом можно увидеть, что общий потребляемый ток двумя каналами остается неизменным.
В независимости от снимаемой мощности, вплоть до короткого замыкания выхода (9), общий ток, потребляемый двумя каналами, будет неизменный.
За счет того, что эмиттерные повторители (53, 54) и источники тока (51, 52) охвачены местной обратной связью через управляющие транзисторы (57, 58), выходное сопротивление каналов существенно снижается. Также снижаются и их нелинейные искажения.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом повторителе напряжения усилителя заявляемый технический результат: повышение КПД до около 50%; устранение фазового сдвига; устранение динамических искажений; устранение интермодуляционных искажений; подавление четных гармоник сигнала; симметричность действия повторителя во всем диапазоне напряжений входного сигнала; обеспечение защиты от короткого замыкания на нагрузке достигается за счет того, что повторитель напряжения содержит последовательную цепь первого управляемого источника тока и второго эмиттерного (или истокового) повторителя, подключенную между вводами питания постоянным током с напряжениями V и V5. Причем первый управляемый источник тока подключен к вводу питания с напряжением ^, второй эмиттерный (истоковый) повторитель подключен к вводу питания с напряжением V5, а точка соединения первого управляемого источника тока и второго эмиттерного (истокового) повторителя является выходом повторителя напряжения. Отличается тем, что повторитель напряжения дополнительно содержит последовательную цепь второго управляемого источника тока и первого эмиттерного (истокового) повторителя, подключенную между вводами питания с напряжениями V и V5. Причем второй управляемый источник тока подключен к вводу питания с напряжением V5, первый эмиттерный (истоковый) повторитель подключен к вводу питания с напряжением ^, а точка соединения второго управляемого источника тока и первого эмиттерного (истокового) повторителя соединена с точкой соединения первого управляемого источника тока и второго эмиттерного (истокового) повторителя. При этом повторитель напряжения дополнительно содержит первый и второй задатчики токов управления, первый и второй управляющие транзисторы.
Причем первый задатчик тока управления соединяет ввод питания с напряжением V со входом управления первого эмиттерного (истокового) повторителя, а второй задатчик тока управления соединяет ввод питания с напряжением V5 со входом управления второго эмиттерного (истокового) повторителя;
соединенные друг с другом базы (затворы) первого и второго управляющих транзисторов являются аналоговым входом повторителя напряжения, при этом эмиттер (исток) первого управляющего транзистора соединен с управляющим входом первого эмиттерного (истокового) повторителя, коллектор (сток) первого управляющего транзистора соединен с управляющим входом второго управляемого источника тока, эмиттер (исток) второго управляющего транзистора соединен с управляющим входом второго эмиттерного (истокового) повторителя, коллектор (сток) второго управляющего транзистора соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока.
- 11 025282
Промышленная применимость
Автором изготовлены опытные образцы заявленных устройств, испытания которых подтвердили достижение технического результата.
Заявляемые изобретения реализованы с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, могут быть собраны на любом радиотехническом предприятии и найдут широкое применение в радиотехнике.

Claims (7)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Однотактный усилитель с цифровым входом, содержащий цифровой приемник (3), выход которого соединен с цифровым входом предварительного конвертера (10), выполненного с возможностью преобразования цифрового кода на входе в ток на выходе, причем питание цифрового приемника (3) и предварительного конвертера (10) осуществляется от вводов питания постоянного тока с напряжениями У1 и У2, отличающийся тем, что вход цифрового приемника (3) соединен с выходом входного импульсного трансформатора (2), а выход предварительного конвертера (10) соединен со входом повторителя тока (11), выход которого через нагрузочное сопротивление (12) соединен с вводом питания постоянным током с напряжением У3;
    соединен со входом (7) повторителя напряжения (8);
    при этом общий вывод повторителя тока (11) соединен с вводом питания постоянным током с напряжением У2, при этом повторитель напряжения (8) содержит вводы питания постоянным током с напряжениями У4 и У5, первый (51) и второй (52) управляемые источники тока, первый (53) и второй (54) эмиттерные (истоковые) повторители с первым (55) и вторым (56) задатчиками токов управления, первый (57) и второй (58) управляющие транзисторы, причем первый управляемый источник тока (51) подключен к вводу питания с напряжением У4, второй управляемый источник тока (52) подключен к вводу питания с напряжением У5, а точка соединения двух упомянутых источников тока (51, 52) является аналоговым выходом (9) усилителя;
    первый эмиттерный (истоковый) повторитель (53) подключен к вводу питания с напряжением У4, второй эмиттерный (истоковый) повторитель (54) подключен к вводу питания с напряжением У5, а точка соединения двух эмиттерных (истоковых) повторителей (53, 54) соединена с точкой соединения двух упомянутых источников тока (51, 52);
    первый задатчик тока управления (55) соединяет ввод питания с напряжением У4 со входом управления первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), а второй задатчик тока управления (56) соединяет ввод питания с напряжением У5 со входом управления второго эмиттерного (истокового) повторителя (54);
    соединенные друг с другом базы (затворы) первого (57) и второго (58) управляющих транзисторов являются аналоговым входом (7) повторителя напряжения (8), при этом эмиттер (исток) первого управляющего транзистора (57) соединен с управляющим входом первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), коллектор (сток) первого управляющего транзистора (57) соединен с управляющим входом второго управляемого источника тока (52), эмиттер (исток) второго управляющего транзистора (58) соединен с управляющим входом второго эмиттерного (истокового) повторителя (54), коллектор (сток) второго управляющего транзистора (58) соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока (51);
    при этом напряжения питания связаны между собой одним из соотношений У! > У2 > У4 > У5 > Уэ или У! < У2 < У5 < У4 < У3.
  2. 2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что предварительный конвертер (10) выполнен с дифференциальным выходом, при этом его дополнительный выход соединен со входом дополнительного повторителя тока (13), выход которого через дополнительное нагрузочное сопротивление (14) соединен с вводом питания постоянным током с напряжением У3, при этом общий вывод дополнительного повторителя тока (13) соединен с вводом питания постоянным током с напряжением У2.
  3. 3. Усилитель по п.2, отличающийся тем, что выходы предварительного конвертера (10) соединены со входами повторителей тока (11, 13) через первый синфазный дроссель (15), входы и выходы которого соединены соответственно первым (16) и вторым (17) конденсаторами, при этом последовательно входам и выходам синфазного дросселя (15) включены проходные конденсаторы (18, 19, 20, 21), при этом выходы повторителей тока (11, 13) через проходные конденсаторы (24, 25) соединены со входами второго синфазного дросселя (26), входы и выходы которого соединены соответственно третьим (27) и четвертым (28) конденсаторами, при этом входы второго синфазного дросселя (26) соединены первым подстроечным сопротивлением (33), при этом выходы второго синфазного дросселя (27) соединены соответственно с нагрузочным сопротивлением (12) и дополнительным нагрузочным сопротивлением (14), которые соединены со входом питания с напряжением У3 через второе подстроечное сопротивление (34) и схему установки нуля (35).
  4. 4. Усилитель по п.3, отличающийся тем, что схема установки нуля (35) содержит первый биполяр- 12 025282 ный транзистор (36), эмиттер которого соединен со средним выводом второго подстроечного сопротивления (34), а коллектор которого соединен с вводом питания с напряжением ν3, при этом база первого биполярного транзистора (36) соединена с его коллектором через параллельно установленные сопротивление (37) и конденсатор (38); с коллектором второго биполярного транзистора (39), эмиттер которого через сопротивление (40) соединен с вводом питания ν2, а база которого соединена с выходом операционного усилителя (41);
    при этом неинвертирующий вход операционного усилителя (41) через сопротивление (42) соединен со входом (7) повторителя напряжения (8), а инвертирующий вход операционного усилителя (41) через сопротивление (43) соединен с общим выводом источника питания; через конденсатор (44) соединен с выходом операционного усилителя (41);
    при этом входы операционного усилителя (41) соединены между собой конденсатором (45) и диодами (46, 47).
  5. 5. Повторитель напряжения усилителя, содержащий последовательную цепь первого управляемого источника тока (51) и второго эмиттерного (истокового) повторителя (54), подключенную между вводами питания постоянным током с напряжениями ν4 и ν5, причем первый управляемый источник тока (51) подключен к вводу питания с напряжением ν4, второй эмиттерный (истоковый) повторитель (54) подключен к вводу питания с напряжением ν5, а точка соединения первого управляемого источника тока (51) и второго эмиттерного (истокового) повторителя (54) является выходом повторителя напряжения, отличающийся тем, что повторитель напряжения дополнительно содержит последовательную цепь второго управляемого источника тока (52) и первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), подключенную между вводами питания с напряжениями ν4 и ν5, причем второй управляемый источник тока (52) подключен к вводу питания с напряжением ν5, первый эмиттерный (истоковый) повторитель (53) подключен к вводу питания с напряжением ν4, а точка соединения второго управляемого источника тока (52) и первого эмиттерного (истокового) повторителя (53) соединена с точкой соединения первого управляемого источника тока (51) и второго эмиттерного (истокового) повторителя (54), при этом повторитель напряжения дополнительно содержит первый (55) и второй (56) задатчики токов управления, первый (57) и второй (58) управляющие транзисторы, причем первый задатчик тока управления (55) соединяет ввод питания с напряжением ν4 со входом управления первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), а второй задатчик тока управления (56) соединяет ввод питания с напряжением ν5 со входом управления второго эмиттерного (истокового) повторителя (54);
    соединенные друг с другом базы (затворы) первого (57) и второго (58) управляющих транзисторов являются аналоговым входом (7) повторителя напряжения (8), при этом эмиттер (исток) первого управляющего транзистора (57) соединен с управляющим входом первого эмиттерного (истокового) повторителя (53), коллектор (сток) первого управляющего транзистора (57) соединен с управляющим входом второго управляемого источника тока (52), эмиттер (исток) второго управляющего транзистора (58) соединен с управляющим входом второго эмиттерного (истокового) повторителя (54), коллектор (сток) второго управляющего транзистора (58) соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока (51).
  6. 6. Повторитель напряжения по п.5, отличающийся тем, что первый управляемый источник тока (51), второй эмиттерный повторитель (54) и первый управляющий транзистор (57) выполнены каждый в виде биполярного транзистора р-п-р типа, а второй управляемый источник тока (52), первый эмиттерный повторитель (53) и второй управляющий транзистор (58) выполнены каждый в виде биполярного транзистора п-р-п типа, при этом первый источник тока (51) соединен эмиттером с вводом питания с напряжением ν4, а коллектором - с коллектором второго источника тока (52), чей эмиттер соединен с вводом питания с напряжением ν5, при этом первый эмиттерный повторитель (53) соединен коллектором с вводом питания с напряжением ν4, а эмиттером - с эмиттером второго эмиттерного повторителя (54), чей коллектор соединен с вводом питания с напряжением ν5, при этом первый (55) и второй (56) задатчики тока управления выполнены в виде резисторов, при этом первый управляющий транзистор (57) соединен эмиттером с базой первого эмиттерного повторителя (53), а коллектором - с базой второго управляемого источника тока (52), при этом второй управляющий транзистор (58) соединен эмиттером с базой второго эмиттерного повторителя (54), а коллектором - с базой первого управляемого источника тока (51).
  7. 7. Повторитель напряжения по п.5, отличающийся тем, что первый управляемый источник тока (51) и второй истоковый повторитель (54) выполнены каждый в виде полевого транзистора с каналом р-типа, затвор и исток которого соединены через сопротивление, первый управляющий транзистор (57) выполнен в виде полевого транзистора с каналом р-типа, затвор которого снабжен первой схемой смещения (59), второй управляемый источник тока (52) и первый истоковый повторитель (53) выполнены каждый в виде полевого транзистора с каналом п-типа, затвор и исток которого соединены через сопротивление, второй управляющий транзистор (58) выполнен в виде полевого транзистора п-типа, затвор которого снабжен второй схемой смещения (60), при этом первый источник тока (51) соединен истоком с вводом питания с напряжением ν4, а стоком - со стоком второго источника тока (52), чей исток соединен с вводом питания с напряжением ν5, при этом первый истоковый повторитель (53) соединен стоком с вводом
    - 13 025282 питания с напряжением ν4, а истоком - с истоком второго истокового повторителя (54), чей сток соединен с вводом питания с напряжением ν5, при этом первый (55) и второй (56) задатчики тока управления выполнены в виде резисторов, при этом первый управляющий транзистор (57) соединен истоком с затвором первого истокового повторителя (53), а стоком - с затвором второго управляемого источника тока (52), при этом второй управляющий транзистор (58) соединен истоком с базой второго истокового повторителя (54), а стоком - с базой первого управляемого источника тока (51).
EA201300368A 2013-04-08 2013-04-08 Однотактный усилитель с цифровым входом и его повторитель напряжения EA025282B1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201300368A EA025282B1 (ru) 2013-04-08 2013-04-08 Однотактный усилитель с цифровым входом и его повторитель напряжения
PCT/RU2014/000255 WO2014168518A2 (ru) 2013-04-08 2014-04-07 Однотактный усилитель с цифровым входом, его цифро-аналоговый преобразователь и повторитель напряжения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201300368A EA025282B1 (ru) 2013-04-08 2013-04-08 Однотактный усилитель с цифровым входом и его повторитель напряжения

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201300368A1 EA201300368A1 (ru) 2014-10-30
EA025282B1 true EA025282B1 (ru) 2016-12-30

Family

ID=51690098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201300368A EA025282B1 (ru) 2013-04-08 2013-04-08 Однотактный усилитель с цифровым входом и его повторитель напряжения

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA025282B1 (ru)
WO (1) WO2014168518A2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622513C1 (ru) * 2016-06-29 2017-06-16 ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук Преобразователь приращения сопротивления в напряжение

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2089999C1 (ru) * 1992-07-28 1997-09-10 Алексей Алексеевич Брагин Цифроаналоговый преобразователь
RU2289199C1 (ru) * 2005-05-04 2006-12-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" Интегральный повторитель напряжения
RU2321156C1 (ru) * 2006-10-09 2008-03-27 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Широкополосный усилитель
RU2349023C1 (ru) * 2007-09-10 2009-03-10 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Каскодный дифференциальный усилитель
US20110115565A1 (en) * 2009-11-13 2011-05-19 Qualcomm Incorporated Cascaded amplifiers with transformer-based bypass mode

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1817244C (ru) * 1989-09-01 1993-05-23 Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов Цифроаналоговый преобразователь
RU2168263C1 (ru) * 2000-04-25 2001-05-27 Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса Повторитель напряжения
RU2315425C2 (ru) * 2006-01-31 2008-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) Устройство кодирования, приема и передачи цифровой информации по электрическим сетям

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2089999C1 (ru) * 1992-07-28 1997-09-10 Алексей Алексеевич Брагин Цифроаналоговый преобразователь
RU2289199C1 (ru) * 2005-05-04 2006-12-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" Интегральный повторитель напряжения
RU2321156C1 (ru) * 2006-10-09 2008-03-27 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Широкополосный усилитель
RU2349023C1 (ru) * 2007-09-10 2009-03-10 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Каскодный дифференциальный усилитель
US20110115565A1 (en) * 2009-11-13 2011-05-19 Qualcomm Incorporated Cascaded amplifiers with transformer-based bypass mode

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014168518A3 (ru) 2015-05-14
WO2014168518A2 (ru) 2014-10-16
EA201300368A1 (ru) 2014-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180030451A (ko) 선형 변조에 기초한 고속 광통신용 트랜스임피던스 증폭기
CN101978600B (zh) 电容乘法器电路
US20080238543A1 (en) Digital Amplifier with Analogue Error Correction Circuit
Nauta et al. Analog line driver with adaptive impedance matching
US20180342994A1 (en) Single-stage differential operational amplifier with improved electrical features
CN110808721A (zh) 一种抗饱和的电流模控制射频功率放大器
US10153742B2 (en) Active RC filters
US20190363686A1 (en) Differential Amplifier, Corresponding Integrated Circuit, System, Instrumentation Amplifier and Method
KR100703710B1 (ko) Ｄｃ출력 오프셋을 제거할 수 있는 장치 및 방법
DE102013109957B4 (de) Schaltung zum Verhindern von lastinduzierter Nichtlinearität in Operationsverstärkern
EA025282B1 (ru) Однотактный усилитель с цифровым входом и его повторитель напряжения
US8901998B2 (en) Current-voltage converter having a current reflector, input stage of an amplifier and corresponding amplifier
Krabbenborg et al. Closed-loop class-D amplifier with nonlinear loop integrators
Ni et al. Inductorless bandwidth extension using local positive feedback in inverter-based TIAs
Cartasegna et al. An audio 91-dB THD third-order fully-differential class-D amplifier
CN112655154B (zh) 利用信号分解进行线性信号处理的方法和系统
Upathamkuekool et al. A compensation technique for compact low-voltage low-power active-RC filters
RU2421882C1 (ru) Двухкаскадный вч-усилитель
Salehi et al. A 150-MHz TIA with un-conventional OTA stabilization technique via local active feed-back
Pillonnet et al. A topological comparison of PWM and hysteresis controls in switching audio amplifiers
EA028383B1 (ru) Цифроаналоговый преобразователь однотактного усилителя с цифровым входом
US6873205B1 (en) Active continuous-time filter with increased dynamic range in the presence of blocker signals
US7227420B2 (en) Transimpedance amplifier with a high gain/bandwidth product for conversion of a DAC output current
US20220407539A1 (en) Sigma-delta analogue-to-digital converter with gmc-vdac
KR102652748B1 (ko) 공통 모드 피드백을 갖는 차동 포락선 검파기

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU