PL102792B1 - Tranzystorowy wzmacniacz napiecia stalego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest tranzystorowy wzmacniacz napiecia stalego o ma¬ lym dryfcie temperaturowym z regulacja wzmoc¬ nienia i zerowym potencjalem na wyjsciu ukladu.

Wzmacniacz ten przeznaczony jest w szczególnosci do wzmacniania sygnalów elektrycznych w oscy¬ loskopach o wysokim stopniu czulosci.

Stan techniki. Wzmacniacz do oscyloskopu wi¬ nien posiadac wysoka opornosc wejsciowa, umozli¬ wiac skokowa oraz plynna regulacje wzmocnienia, jak równiez powinien zapewnic mozliwosc regu¬ lowanej zmiany potencjalów na wyjsciu ukladu, przy zachowaniu sredniej wartosci potencjalu na tym samym poziomie. Ze wzgledu na wspólprace z innymi blokami oscyloskopu celowe jest azeby potencjal wyjsciowy wzmacniacza byl na pozio¬ mie zerowym.

Znane uklady wzmacniaczy o wysokiej czulosci posiadaja na wejsciu wzmacniacza tranzystory po¬ lowe, których dreny polaczone sa z nastepujacymi stopniami symetrycznych wzmacniaczy. W ukla¬ dach tych dla zapewnienia stabilnosci temperatu¬ rowej zastosowano pradowe sprzezenie trzeciego stopnia wzmacniacza z wejsciowym tranzystorem.

Zakresowa regulacja wzmocnienia uzyskiwana jest przez skokowa zmiane rezystora sprzegajacego emi¬ tery w poczatkowych stopniach wzmocnienia. Plyn¬ na regulacje wzmocnienia uzyskuje sie przez plyn¬ na regulacje rezystora sprzegajacego emitery w nastepnym stopniu wzmocnienia.

Zmiane potencjalu wyjsciowego dla uzyskania przesuwu plamki na ekranie uzyskuje sie zazwy¬ czaj przez zmiane dodatkowego pradu przeplywa¬ jacego przez rezystory kolektorowe wzmacniacza, w którym dokonywana jest plynna regulacja wzmocnienia. Znane dotychczas uklady wzmacnia¬ czy napiecia stalego o wysokiej czulosci wyko¬ nywane sa jako wzmacniacze symetryczne o moz¬ liwie identycznych parametrach elementów ukladu, gdyz dokladnosc doboru elementów decyduje o sta¬ bilnosci czasowej i temperaturowej wzmacniacza.

Wystepujace w praktyce trudnosci w uzyskaniu tranzystorów o identycznych parametrach powo¬ duja koniecznosc stosowania elementów symetry- zujacych wzmacniacz dla uzyskania na wyjsciu ukladu napiecia równego zeru przy sygnale wejs¬ ciowym równym zeru. Regulacja wzmocnienia przez zmiane rezystora w obwodzie emiterowym wyma¬ ga jednakowych potencjalów emiterów symetrycz¬ nego wzmacniacza róznicowego. Stosowane ukla¬ dy symetryzacji wzmacniaczy o wysokiej czulosci realizowane sa przez róznicowanie wartosci ele¬ mentów rezystancyjnych. Uzyskuje sie przez to wyrównanie napiec bramka-zródlo, ale nastepuje pogorszenie parametrów tlumienia sygnalu wspól¬ nego w funkcji czestotliwosci.

Stosowanie regulowanych elementów rezystan¬ cyjnych umieszczanych w obwodach czynnych na¬ potyka na trudnosc pogodzenia warunku precyzyj¬ no nego ustalenia wymaganej wartosci w szerokim 102 792102 792 zakresie regulacji. Znane uklady symetryzacji, ze wzgledu na trudnosc w skompensowaniu róznic parametrów tranzystorów i ograniczona stabilnosc tej kompensacji w funkcji czasu i temperatury, powoduja ograniczenie maksymalnej czulosci wzmacniacza, a ze wzgledu na swoje niesymetrycz¬ ne umiejscowienie w ukladzie wzmacniacza powo¬ duja one zaklócenia charakterystyki czestotliwos¬ ciowej wzmacniacza.

Istota wynalazku. Rozwiazanie wedlug wynalaz¬ ku polega na zastosowaniu symetrycznego wzmac¬ niacza rótzhicowego posiadajacego na wejsciu tran¬ zystory polowe typu FET, do których równolegle do drenu i zródla zalaczono tranzystory, przez które przeplywa czesc pradu zasilajacego tranzy¬ story polowe, przy czym prad ten jest stabilizo¬ wany przez nastepny tranzystor, którego baza po¬ laczona jest z drenem tranzystora polowego, a jego kolektor polaczony jest z baza tranzystora, którego emiter polaczony jest ze zródlem tranzy¬ stora wejsciowego. Bazy\ tranzystorów równoleg¬ lych polaczone sa z regulowanym rezystorowym dzielnikiem zalaczanym do odpowiednich napiec zasilajacych.

Rozwiazanie wedlug wynalazku umozliwia wy¬ równanie napiec bramka — zródlo wejsciowych tranzystorów polowych, przez co uzyskuje sie wy¬ równanie potencjalów emiterów wzmacniacza, w którym dokonuje sie skokowej regulacji wzmoc¬ nienia. Rozwiazanie powyzsze dziala selektywnie nie powodujac zmiany potencjalów na rezystorach kolektorowych przy regulacji symetryzacji, nie po¬ woduje to tym samym oddzialywania na uklad re¬ gulacji plynnej wzmocnienia, oraz przesuwu.

Wzmacniacz wedlug wynalazku posiada te za¬ lete, ze prad zasilajacy kaskadowo polaczone tran¬ zystory jest staly, niezalezny od wielkosci napie¬ cia wspólnego sterujacego wzmacniacz wejsciowy, co pozwala na uzyskanie duzej wartosci wspól¬ czynnika tlumienia sygnalów wspólnych. Zastoso¬ wanie natomiast równolegle zalaczonych do tran¬ zystora polowego tranzystorów symetryzujacych, przez które przeplywa czesc pradu zasilajacego uklad kaskadowy tranzystorów, pozwala na uzy¬ skanie duzej czulosci ukladu, przy nieznacznych dryftach temperaturowych i stosunkowo szerokim zakresie czestotliwosciowym wzmacniacza.

Zastosowanie symetryzacji czynnych elementów wedlug przedstawionego rozwiazania, zapewnia w latwy sposób precyzyjna i stabilna symetryzacje wzmacniacza przy skokowej regulacji wzmocnie¬ nia, a to umozliwia uzyskanie stabilnego wzmac¬ niacza o zwiekszonej czulosci wejsciowej.

Przyklad wykonania wynalazku. Przedmiot wy¬ nalazku uwidoczniony jest w przykladzie wykona¬ nia na zalaczonym rysunku, który przedstawia schemat ukladu wzmacniacza napiecia stalego o malym dryfcie temperaturowym z reguluja wzmocnienia i zerowym potencjalem na wyjsciu ukladu.

W ukladzie tyrri wejscie A polaczone jest z bram¬ ka tranzystora polowego 1, a wejscie B polaczone jest z 'bramka tranzystora 2. Dren tranzystora 1 polaczony jest poprzez rezystor 3 z dodatnim zród¬ lo 39 45 50 55 lem zasilania, oraz z baza tranzystora 4, którego emiter polaczony jest z dodatnim napieciem zasi¬ lania, a kolektor, poprzez rezystor 5, z ujemnym napieciem zasilania. Z kolektorem tranzystora 4 polaczona jest baza tranzystora 6, którego emiter polaczony jest poprzez rezystor 7 ze zródlem tran¬ zystora 1. Kolektor tranzystora 6 polaczony jest poprzez rezystor 8 z ujemnym napieciem zasilaja¬ cym.

Stopien wejsciowy wzmacniacza zbudowany jest w postaci wzmacniacza symetrycznego i zawiera identyczny uklad w drugim torze, który sklada sie z tranzystora 2, którego dren polaczony jest poprzez rezystor 9 z dodatnim napieciem zasilania, oraz z baza tranzystora 10, którego emiter pola¬ czony jest razem z emiterem tranzystora 4 do do¬ datniego napiecia zasilania. Kolektor tranzystora polaczony jest poprzez rezystor 11 z ujemnym napieciem zasilania oraz z baza tranzystora 12, którego kolektor polaczony jest poprzez rezystor 13 z ujemnym napieciem zasilania. Emiter tran¬ zystora 12 polaczony jest poprzez rezystor 14 ze zródlem tranzystora 2. Pomiedzy emiterami tran¬ zystorów 6 i 12 znajduje sie przelaczany rezystor . Do drenu tranzystora 1 polaczony jest poprzez rezystor 16 emiter tranzystora 17, którego kolek¬ tor polaczony jest ze zródlem tranzystora 1. Z baza tranzystora 17 polaczony jest dzielnik napie¬ cia utworzony z rezystorów 18 i 19 zalaczonych do odpowiednich napiec zasilajacych.

Podobnie w drugim torze wzmacniacza polaczo¬ ny jest z drenem tranzystora 2 rezystor 20 i tran¬ zystor 21, którego baza polaczona jest z rezy¬ storami 22 i 19 do odpowiednich napiec zasilaja¬ cych. Pomiedzy kolektorami tranzystorów 6 i 12 zalaczony jest przelaczany kondensator 23.

Z kolektorem tranzystora 6 polaczona jest baza wtórnika emiterowego 24, którego emiter pola¬ czony jest z baza tranzystora wzmacniajacego 25, którego rezystor kolektorowy 26 polaczony jest z masa ukladu, a kolektor polaczony jest ze zródlem pradowym utworzonym z tranzystora 27, w ob¬ wodzie emiterowym którego znajduje sie regulo¬ wany rezystor 28. Do kolektora tranzystora 25 po¬ laczona jest baza tranzystora 29, którego kolektor polaczony jest z baza wyjsciowego wtórnika emi¬ terowego 30. Emiter tranzystora 25 polaczony jest poprzez rezystory 31 i 32 z ujemnym napieciem zasilania.

Analogicznie w symetrycznym ukladzie z kolek¬ torem tranzystora 12 polaczona jest baza wtórnika emiterowego 33, którego emiter polaczony jest z baza tranzystora 34, a równoczesnie, poprzez re¬ zystor 35 i 32, z ujemnym napieciem zasilania.

Pomiedzy emiterami tranzystorów 25 i 34 zala¬ czony jest regulowany rezystor 36. Kolektor tran¬ zystora 34 polaczony jest poprzez rezystor 37 z masa ukladu, a z kolektorem tranzystora 34 po¬ laczony jest kolektor tranzystora 38, w obwodzie emiterowym którego znajduje sie regulowany re¬ zystor 28. Slizg tego rezystora polaczony jest z do¬ datnim napieciem zasilania, ten sam kolektor tran¬ zystora 34 polaczony jest z baza tranzystora 39, którego kolektor polaczony jest z baza wtórnika102 792 emiterowego 40. Bazy tranzystorów 27 i 38 znaj¬ duja sie na wspólnym potencjale. Wyjscie ukladu wyC i wyD stanowia emitery tranzystorów 30 i 40.

Dzialanie ukladu wzmacniacza przedstawione jest ponizej. Wejscie ukladu A polaczone jest z bram¬ ka tranzystora 1. Prad plynacy przez rezystor 3 stabilizowany jest tranzystorem 4, stanowi on sume pradów tranzystora 1 i 17, sygnal wejsciowy ze zródla tranzystora 1 steruje poprzez rezystor 7 emiter tranzystora 6. Sygnal wyjsciowy wystepuje na rezystorze 8, oraz na rezystorze 13, który sta¬ nowi rezystor kolektorowy tranzystora 12, które¬ go emiter sterowany jest poprzez przelaczany re¬ zystor 15.

W przypadku równoczesnego sterowania wejscia A i B róznymi sygnalami, róznica tych sygnalów steruje emitery tranzystorów 6 i 12, a na wyjsciu ukladu wzmacniacza, to jest na kolektorach tych tranzystorów, wystepuje wzmocniony sygnal róz¬ nicowy. Wielkosc wzmocnienia zalezna jest ód war¬ tosci rezystora 15. Dla wyrównania róznicy na¬ piec bramka — zródlo pomiedzy tranzystorami 1 i 2 w ukladzie zastosowano tranzystory 17 i 21, przez które przeplywa czesc pradu plynacego przez rezystory 3 i 9. Zmieniajac polozenie slizgu rezy¬ stora 19, dokonuje sie zmiany stosunku pradów plynacych przez tranzystory bocznikujace 17 i 21, uzyskujac najmniejsze róznice miedzy napieciami bramka — zródlo tranzystorów 1 i 2, co umozliwia zmiane rezystora 15, nie wywolujac zmiany poten¬ cjalów na wyjsciu ukladu, ale zmieniajac jego wzmocnienie. Dla ograniczenia na wyjsciu wzmac¬ niacza szumów w ukladzie dziala kondensator 23 zalaczony pomiedzy kolektorami tranzystorów 6 i 12, umozliwia on ograniczenie charakterystyki czestotliwosciowej wzmacniacza od góry.

Do kolektorów tranzystorów 6 i 12 polaczone sa bazy wtórników emiterowych 24 i 33, do któ¬ rych polaczone sa bazy tranzystorów wzmacnia¬ cza 25 i 34. Wielkosc wzmocnienia tego stopnia zalezna jest od wartosci rezystora 36, którego zmiana powoduje plynna regulacje wzmocnienia.

Zmiana wartosci rezystora 32 wywoluje zmiane potencjalu kolektorów tranzystorów 25 i 34, co, po¬ przez tranzystory wzmacniajace 29 i 39, powoduje zmiane potencjalu wyjsciowego wzmacniacza i umo¬ zliwia ustalenie potencjalu wyjsciowego wzmacnia¬ cza na poziomie zera. Dla uzyskania na wyjsciu u- kladu przeciwnych co do wartosci zmian potencja¬ lów, zastosowano tranzystory 27 i 38, w obwodzie emiterowym których jest rezystor 28. Zmiana po¬ lozenia slizgu rezystora 2& powoduje przeciwne co do wartosci zmiany pradu tranzystorów 27 i 38, co wywoluje na rezystorach 26 i 37 odpowiednie zmiany napiec, które po wzmocnieniu przez uklad 6 tranzystorów 29 i 39 wystepuja na wyjsciu wzmac¬ niacza, umozliwiajac przesuwanie obrazu na ekra¬ nie lampy oscyloskopowej.

Zastosowanie ukladu równolegle polaczonych z wejsciowymi tranzystorami polowymi 1 i 2 tran- zystorów 17 oraz 21 pozwala bardzo precyzyjnie kompensowac róznice pomiedzy napieciami bram¬ ka — zródlo wejsciowych tranzystorów polowych tak, azeby nie wystepowaly róznice potencjalów pomiedzy emiterami tranzystorów 6 i 12. Zastoso¬ wanie ukladu precyzyjnej regulacji kompensacji róznicy napiec bramka — zródlo wejsciowych tran¬ zystorów polowych poza obwodem sygnalowym oraz w sposób niezalezny od poziomu sygnalu wspólnego na wejsciu wzmacniacza, pozwala zbu¬ dowac wzmacniacz z regulacja wzmocnienia i ze¬ rowym potencjalem na wyjsciu ukladu, charakte¬ ryzujacy sie bardzo dobra stabilnoscia temperatu¬ rowa przy * zmianach wzmocnienia oraz malymi szumami wyjsciowymi, jak równiez skutecznym tlumieniem sygnalu wspólnego w szerokim zakre¬ sie czestotliwosci.

Claims (2)

Zastrzezenie patentowe

1. Tranzystorowy wzmacniacz napiecia stalego, za¬ wierajacy symetryczny uklad wzmacniaczy, na wejsciu których znajduja sie tranzystory polowe . typu FET polaczone drenami z bazami tranzysto¬ rów dwustopniowego wzmacniacza, w którym emi¬ tery tranzystorów stanowiacych trzeci stopien wzmacniajacy polaczone sa ze zródlami wejscio¬ wych tranzystorów polowych, przy czym pomiedzy emiterami tych tranzystorów zalaczony jest prze¬ laczany rezystor, natomiast kolektory tych tranzy¬ storów polaczone sa pomiedzy soba poprzez prze¬ laczany kondensator, a równoczesnie poprzez wtór¬ niki emiterowe z bazami róznicowego wzmacnia¬ cza tranzystorowego, stanowiacego piaty stopien wzmacniajacy, w którym w obwodzie emiterów znajduje sie regulowany plynnie rezystor, nato¬ miast w obwodzie kolektorowym tych tranzysto¬ rów zalaczone sa regulowane zródla pradowe, rów¬ noczesnie kolektory tranzystorów piatego stopnia wzmacniajacego polaczone sa z bazami tranzysto- 45 rów szóstego stopnia róznicowego wzmacniacza po¬ laczonego z wtórnikami emiterowymi, stanowiacy¬ mi wyjscie wzmacniacza, znamienny tym, ze rów¬ nolegle do wejsciowych tranzystorów polowych <1,

2. ) zalaczone sa tranzystory {17, 21), przy czym emi- 50 tery tranzystorów <17, 21) polaczone sa z drenami tranzystorów (1, 2) poprzez rezystory {16, 20), a kolektory tranzystorów {17, 21) polaczone sa ze zródlami tranzystorów (1, 2), natomiast bazy tran¬ zystorów {17, 21) polaczone sa z regulowanym re- 55 zystorowym dzielnikiem (18, 19, 22) zalaczonym do odpowiednich napiec zasilajacych.102 792 l T f Bltk 489/79 r. 110 egz. A4 Cena 45 zl