RU2269197C1 - Усилитель тока - Google Patents
Усилитель тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2269197C1 RU2269197C1 RU2004115079/09A RU2004115079A RU2269197C1 RU 2269197 C1 RU2269197 C1 RU 2269197C1 RU 2004115079/09 A RU2004115079/09 A RU 2004115079/09A RU 2004115079 A RU2004115079 A RU 2004115079A RU 2269197 C1 RU2269197 C1 RU 2269197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- reflector
- input
- amplifier
- source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, оптоэлектронике для усиления фототока. Технический результат заключается в повышении пороговой чувствительности. Усилитель тока содержит источник входного тока (1), первый и второй отражатели тока (ОТ) (2, 3), при этом выход первого ОТ (2) соединен с входом второго ОТ (3), общий вывод первого ОТ (2) соединен с первой шиной (4) источника питания (ИП), выход второго ОТ (3) соединен с входом первого ОТ (2), источник входного тока (1) включен между входами ОТ (2 и 3), а общий вывод второго ОТ (3) соединен со второй шиной (5) ИП через нагрузку усилителя. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике, оптоэлектронике и может быть использовано для усиления фототока.
Известен усилитель, содержащий источник входного тока в виде фотодиода, включенного в базовую цепь транзистора, в коллекторную цепь которого включена нагрузка [1].
Недостатками известного устройства являются ограниченный коэффициент усиления по току и сравнительно высокий уровень шума, обусловленные спецификой согласования по постоянному току характеристик фотодиода и входных параметров транзистора.
Известен усилитель тока, содержащий источник входного тока, первый и второй отражатели тока, каждый из которых имеет вход, выход и общий вывод. Источник входного тока включен между первой шиной источника питания и входом первого отражателя тока, общий вывод которого связан с входом второго отражателя тока, выходы отражателей тока связаны с первой шиной источника питания, а общий вывод второго отражателя тока связан через сопротивление нагрузки усилителя со второй шиной источника питания [2].
Устройство допускает каскадирование отражателей тока по вышеописанной схеме включения, при этом каждый последующий отражатель тока удваивает выходной ток в нагрузке.
Недостатком известного усилителя является низкий коэффициент усиления (для двух отражателей тока коэффициент усиления К≤4). Кроме того, коэффициент усиления отражателей тока уменьшается при малых входных токах вследствие зависимости его от коэффициента усиления по току β транзисторов, уменьшающегося при малых токах.
Известен усилитель, содержащий первый и второй отражатели тока, при этом выход первого отражателя тока связан с входом второго отражателя, а выход второго отражателя тока связан с входом первого отражателя тока, общий вывод первого отражателя тока соединен с первой шиной источника питания, а общий вывод второго отражателя тока связан через сопротивление нагрузки усилителя с второй шиной источника питания. Между первой шиной источника питания и входом первого отражателя тока включен генератор входного напряжения [3].
Данное устройство является усилителем напряжения, а не тока.
Известен усилитель тока, содержащий источник входного тока, первый и второй отражатели тока, при этом выход первого отражателя тока связан с входом второго отражателя тока, общий вывод первого отражателя тока связан с первой шиной источника питания, общий вывод второго отражателя тока связан со второй шиной источника питания, а источник входного тока связан с входом второго отражателя тока.
Источник входного тока включен между первой шиной дополнительного источника питания и общим выводом третьего отражателя тока, вход которого через токозадающий элемент связан со второй шиной дополнительного источника питания, выход соединен с входом первого отражателя тока, а общий вывод - с выходом второго отражателя тока [4].
Данное устройство по назначению и совокупности существенных признаков наиболее близко к заявляемому устройству и принято за прототип.
Недостатком прототипа является низкая пороговая чувствительность схемы, так как для функционирования схемы входной ток должен превышать ток токозадающего элемента третьего отражателя тока, который для отражателей тока не может находиться в нано- и пикоамперном диапазоне. Кроме того, схема требует дополнительного источника питания.
Предлагаемое изобретение устраняет вышеперечисленные недостатки прототипа.
Для достижения этого технического результата усилитель тока содержит источник входного тока, первый и второй отражатели тока, при этом выход первого отражателя тока соединен с входом второго отражателя тока. Общий вывод первого отражателя тока соединен с первой шиной источника питания, а общий вывод второго отражателя тока связан с второй шиной источника питания. Источник входного тока связан с входом второго отражателя тока. В отличие от прототипа выход второго отражателя тока соединен с входом первого отражателя тока, источник входного тока включен между входами отражателей тока, а общий вывод второго отражателя тока связан с второй шиной источника питания через нагрузку усилителя.
Благодаря отличительным признакам предлагаемый усилитель позволяет усиливать сигналы нано- и пикоамперного диапазона и позволяет отказаться от дополнительного источника питания.
В качестве источника входного тока использован фотодиод.
Последнее позволяет получить высокочувствительный фотодиодный усилитель с большим динамическим диапазоном.
В качестве нагрузки использован источник постоянного тока.
Источник постоянного тока в этом случае является активной динамической нагрузкой для усилителя и позволяет получить высокий коэффициент усиления устройства.
Использование в качестве нагрузки логарифмического ограничителя напряжения позволяет расширить динамический диапазон входных токов (а следовательно, и оптической мощности на фотодиоде) без захода транзисторов отражателей тока схемы в область насыщения.
Выполнение логарифмического ограничителя напряжения из последовательно соединенных диодов Шоттки позволяет получить на выходе схемы уровни сигналов, достаточные для переключения цифровых логических устройств.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на Фиг.1÷5:
на Фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема усилителя;
на Фиг.2 представлено семейство статических вольт-амперных характеристик устройства;
на Фиг.3 представлено семейство статических вольт-амперных характеристик устройства в области малых входных и выходных токов;
на Фиг.4 изображена схема фотодиодного усилителя с источником постоянного тока в качестве его активной нагрузки.
на Фиг.5 изображена схема фотодиодного усилителя с логарифмическим ограничителем напряжения в качестве нагрузки, выполненным в виде последовательно соединенных диодов Шоттки.
Усилитель тока (Фиг.1) содержит источник 1 входного тока, первый и второй отражатели 2 и 3 тока, первую и вторую шины 4 и 5 источника питания и резистор нагрузки 6. Первый отражатель 2 вытекающего тока выполнен на транзисторах р-n-р структуры, а второй отражатель 3 втекающего тока - на транзисторах n-р-n.
Устройство работает следующим образом.
Входной ток источника 1 поступает во входные цепи отражателей тока 2 и 3 и усиливается с коэффициентом усиления по току
Ко=(1-Δ)/(1+Δ),
где Ко - коэффициент усиления по току отражателя тока, Δ=1/(β+1) - мера погрешности отражателя тока, а β - коэффициент усиления по току транзисторов T1÷T4.
Так как отражатель тока 2 выполняет одновременно наряду с усилением сигнала функцию положительной обратной связи по току, а отражатель тока 3 выполняет аналогичные функции, то усиление по "петле" обратной связи составит
К=2Ко/(1-(Кo)2)=(1-Δ2)/4Δ,
т.е. при β≈100, Δ≈0,01, К≈50.
Таким образом, ток в петле быстро нарастает и ограничителем его роста является сопротивление нагрузки или генератор постоянного тока (см. Фиг.1 и Фиг.4 соответственно). При этом выбор вольт-амперной характеристики, которую пересекает нагрузочная прямая, осуществляется под управлением тока входного источника сигнала (фотодиода).
Выходные вольт-амперные характеристики заявляемого устройства (Фиг.2, 3), полученные на действующем макете, имеют характерный S-образный вид, свойственный приборам с положительной петлей обратной связи по току, с двумя основными ветвями.
Ветви I - ветви очень малых выходных токов (большое положительное дифференциальное выходное сопротивление).
Ветви II - ветви с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Работа усилителя проиллюстрирована ходом нагрузочных прямых:
прямой III при резистивной нагрузке R (Фиг.2);
прямой IV при нагрузке в виде источника тока (Фиг.3, 4).
Наилучшим вариантом исполнения устройства является исполнение в виде усилителя фототока с источником постоянного тока в цепи нагрузки (Фиг.4), который имеет преимущество перед известным техническим решением. Так действие фототока фактически удваивается, поскольку он поступает одновременно на входы отражателя тока 2 и отражателя тока 3, являющиеся дифференциальными токовыми входами устройства. При этом получается выигрыш в 3 дБ для минимальной детектируемой оптической мощности.
Фотодиодный усилитель (Фиг.5) имеет нелинейную нагрузку в виде диодов с логарифмической характеристикой ток-напряжение, что резко расширяет динамический диапазон усилителя.
Отметим также, что в схеме Фиг.4 фотодиод находится в обратно смещенном состоянии (так называемый "фотодиодный режим") и нагружен на низкие дифференциальные входные сопротивления отражателей тока - отсюда реализация высокого быстродействия и хорошая помехозащищенность от электромагнитных полей, несмотря на большой импеданс источника сигнала.
В зависимости от выбора нагрузочной прямой на семействе вольт-амперных характеристик (Фиг.2, 3) может быть реализована высокая линейность передаточной характеристики или, например, получен сверхширокий (80÷90 дБ) диапазон принимаемой оптической мощности без захода в область насыщения транзисторов схемы.
Использованные источники
1. Шевцов Е.А., Белкин М.Е. Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи. - М.: Радио и связь, 1992, с.153.
2. Патент ФРГ №3143159, кл. H 03 F 3/343, 1982. Опубл. 16.06.82.
3. Патент США №4267521, кл. 330-288, 1981.
4. А.с. СССР №1084959, кл. H 03 F 3/42.
Claims (5)
1. Усилитель тока, содержащий источник входного тока, первый и второй отражатели тока, при этом выход первого отражателя тока связан с входом второго отражателя тока, общий вывод первого отражателя тока связан с первой шиной источника питания, общий вывод второго отражателя тока связан со второй шиной источника питания, а источник входного тока связан с входом второго отражателя тока, отличающийся тем, что выход второго отражателя тока связан со входом первого отражателя тока, источник входного тока включен между входами отражателей тока, а общий вывод второго отражателя тока связан со второй шиной источника питания через нагрузку усилителя.
2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника входного тока использован фотодиод.
3. Усилитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве нагрузки использован источник тока.
4. Усилитель по п.2, отличающийся тем, что в качестве нагрузки использован логарифмический ограничитель напряжения.
5. Усилитель по п.4, отличающийся тем, что логарифмический ограничитель напряжения выполнен из последовательно соединенных диодов Шоттки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115079/09A RU2269197C1 (ru) | 2004-05-19 | 2004-05-19 | Усилитель тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115079/09A RU2269197C1 (ru) | 2004-05-19 | 2004-05-19 | Усилитель тока |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004115079A RU2004115079A (ru) | 2005-11-10 |
| RU2269197C1 true RU2269197C1 (ru) | 2006-01-27 |
Family
ID=35864815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004115079/09A RU2269197C1 (ru) | 2004-05-19 | 2004-05-19 | Усилитель тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2269197C1 (ru) |
-
2004
- 2004-05-19 RU RU2004115079/09A patent/RU2269197C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АРЕФЬЕВ А.А. и др. Радиотехнические устройства на транзисторных эквивалентах р-n-р-n структуры. М.: Радио и связь, 1982, с.59, рис.3.5. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004115079A (ru) | 2005-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR900701092A (ko) | 전치 증폭기를 포함한 트랜스 임피던스 전치증폭기 및 수신기 | |
| JPH118522A (ja) | ディジタル受信回路 | |
| US3392342A (en) | Transistor amplifier with gain stability | |
| JPH07202668A (ja) | 光受信器装置 | |
| US3815037A (en) | Current translating circuits | |
| US6781459B1 (en) | Circuit for improved differential amplifier and other applications | |
| US5039952A (en) | Electronic gain cell | |
| KR0149650B1 (ko) | 전류 증폭기 | |
| KR960035629A (ko) | 반도체 메모리장치의 감지증폭기회로 | |
| RU2269197C1 (ru) | Усилитель тока | |
| US3218462A (en) | Direct current amplifier | |
| GB1513448A (en) | Single-ended to push-pull converter | |
| US6768384B1 (en) | High-speed differential preamplifier | |
| JP5045370B2 (ja) | 半導体回路装置 | |
| EP0302217A2 (en) | Oscillator circuit | |
| US3030504A (en) | Automatic gain control circuit | |
| US5250800A (en) | Photo-electric integrated circuit device with opposite phase amplifiers into logic circuitry | |
| JP2002290168A (ja) | 光受信器 | |
| JP3198482B2 (ja) | 光電子回路素子 | |
| JP2004304708A (ja) | 光電流・電圧変換回路 | |
| US6400184B1 (en) | Transistor output circuit | |
| US3017523A (en) | Transistor exclusive-or circuit with gain | |
| JPS63285990A (ja) | レ−ザダイオ−ド駆動回路 | |
| SU1138921A1 (ru) | Усилитель тока | |
| KR100669831B1 (ko) | 기생-전류 제한기를 구비한 증폭기 출력단 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110520 |