SU1084967A1 - Эмиттерный повторитель - Google Patents

Abstract

ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ, содержащий основной транзистор, включенный по схеме с общим коллектором, одной структуры, дополнительный транзистор , включенный по схеме с общим эмиттером, другой структуры, коллектор которого соединение одним выво« -- П --:;., г,:.;,:; « l-;j Jiiv-i.c;.,, I дом первого резистора, причем одно плечо его цепи базового смещени  выполнено на втором резисторе, один вывод которого соединен с общей шиной, отличающийс  тем, что, с целью повышени  наде 8зости путем уменьшени  мощности рассеивани , в него введен дифференциальный оптрон, светодиод которого включен впр мом направлении между другим выводом первого резистора и общей шиной, первый фотодиод, включенный в обратном направлении в цепь базы основного транзистора, а второй фотодиод,включенный в обратном направлении - между эмиттером основного транзистора и общей шиной, при- Щ чем между базой дополнительного тран (Л зистора и другим выводом второго резистора введен стабилитрон. с:

Description

00

4

со

о: Изобретение относитс  к усилител ной технике и может быть использовано в качестве согласующего или ра делительного каскада с повышенным входным сопротивлением в электронных устройствах, работающих в широком диапазоне частот или в устройст вах посто нного тока. Известны эмиттерные повторители, содержащие бипол рные транзисторы, с нагрузками в эмиттерных цеп х Cl3 Наиболее близким к изобретению  вл етс  эмиттерный повторитель, содержащий основной транзистор, вкл ченный по схеме с общим коллектором одной структуры, дополнительный транзистор, включенный по схеме с о щим эмиттером, другой структуры, коллектор которого соединен с одним выводом первого резистора, причем одно плечо его цепи базового смещени  выполнено на втором резисторе, один вывод которого соединен с обще шиной . Недостатком известных эмиттерных повторителей  вл етс  недостаточно высока  надежность. Цель изобретени  - повы1иение надежности устройства путем уменьшени мощности рассеивани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в эмиттерный повторитель, содержащий основной транзистор, включенный по схеме с общим коллектором , одной структуры, дополнительный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, другой структуры коллектор которого соединен с одним выводом первого резистора, причем одно плечо его цепи базового смещени  выполнено на втором резисторе, один вывод которого соединен с общей шиной, введен дифференциальный оптрон, светодиод .которого включен в пр мом направлении между другим выводом первого резистора и общей шиной, первый фотодиод, включенный в обратном направлении в цепь базы основного транзистора, а второй фото диод, включенный в обратном направлении , между эмиттером основного транзистора и общей шиной, причем между базой дополнительного транзистора и другим выводом второго резистора введен стабилитрон, На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема предлагае мого э:миттерного пов-торител . Эмиттерный повторитель содержит основной транзистор 1,включенный по скеме с общим коллекторЪм, одной структуры, дополнительный транзистор 2, включенный по схеме с общим эмиттером , другой структуры, первый резистор 3, цепь 4 базового смещени , второй резистор 5 цепи базового смещени  дифференцигшьный оптрон б, -светодиод 7 дифференциального оптрона , первый фотодиод 8, включенный в обратном направлении, второй фотодиод 9 , включенный в обратном направлении дифференциального оптрона, стабилитрон 10, третий резистор 11 нагрузки о Эмиттерный повторитель работает следующим образом. При включении питающего напр жени  змиттерного повторител  в цепи светодиода 7 по вл етс  ток в момент времени, когда нарастающее напр жение на шине питани  превысит уровень переключени  дополнительного транзистора 2, определ емого напр жением стабилизации стабилитрона 10. IOK, протекающий через светодиод 7, обеспечивает работу первого и второго фотодиодов 8 и 9, оптически подключенных к светодиоду 7, в вентильном режиме (в режиме генерации фото-ЭДС). При отсутствии входного сигнала ток в базовой цепи основного транзистора 1 не протекает, в результате чего на третьем резисторе 11 нагрузки , а соответственно, и выходе сигнал также отсутствует. Протекающий в эмиттерной цепи основного транзистора 1 неуправл емый ток, величина которого дл  кремниевых транзисторов не превышает нескольких дес тков микроампер во всем температурном диапазоне работы, не вызывает по влени  на третьем резисторе 11 нагрузки паразитного положительного потенциала, т.е неуправл емый ток полностью шунтируетс  вторыт- фотодиодом 9, работающим в вентильном режиме;. При этом на третьем резис-, торе 11 нагрузки присутствует незначительный отрицательный потенциал, обусловленный наличием фото-ЭДС второго фотодиода 9,- что обеспечивает высокую помехоустойчивость каскадов, подключенных к выходу эмиттерного повторител  в широком температурном дипазоне, когда тепловые токи основного транзистора 1 возрастают. При поступлении на вход входного сигнала в базовой цепи основного транзистора 1 по вл етс  ток, величина в:оторого определ етс  входным сопротивлением эмиттерного повторител , а на третьем резисторе 11 нагрузки по вл етс  выходной сигнал, амплитуда которого практически не отличаетс  от амплитуды входного сигнала, так как падение напр жени  на переходе база-эмиттер основного транзистора 1(9,5 В) практически полностью компенсируетс  напр жением фото-ЭДС первого фотодиода 8 (у,0, ,5 В); работающего в вентильном режиме. Это позвол ет обеспечить коэффициент передачи по напр жению эмитте:рного повторител  практически равным единице и линейным (н даже в области малых входных напр жений) При этом второй фотодиод 9 не оказывает никакого вли ни  на величину напр жени  на третьем резисторе 11, так как второй фотодиод 9 в этом случае работает в фотодиодном режиме и через него протекает незначительный ток от шины питани  через открытый основной транзистор 1, Коэффициент усилени  основного транзистора 1 должен выбиратьс  таким, что входной ток эмиттерного повторител  во всем рабочем диапазоне входных напр жений обеспечивает работу первого фотодиода 8 в вентиль ном режиме, т.е. входной ток эмиттер ного повторител  определ етс  его входным сопротивлением и не ограничиваетс  светодиодом 7 во всем рабо чем диапазоне изменени  входного напр жени . В случае, если амплитуда входного сигнала выходит за пределы . рабочего диапазона и превышает напр жение на шине питани , в.ходное сопротивление эмиттерного повторител снижаетс , так как входное напр жение превышает то напр жение, которо может развитьс  на третьем резистор 11 нагрузки. Однако входной ток эмиттерного повторител  существенно не изменитс , так как первый фотоди од 8 перейдет из вентильного режима работы в фотодиодный режим , и входной ток эмиттерного повторител  в этом случае ограничиваетс  током первого фотодиода 8, который в свою очередь определ етс  током через светодиод 7 и задаетс  с- помощью первого резистора 3 и коэффициентом передачи оптоэлектронной пары свето диод 7 - первый фотодиод 8. Ограничение входного тока эмиттерного повторител  с помощью первого фотодио да 8 исключает возникновение аварийной ситуации при попадании на вход эмиттерного повторител  значительных по величине напр жений . При слу.найном или преднамеренном сн тии нап1э жени  питани  с шины питани  (или уменьшении этого напр жени ) через светодиод 7 прекращаетс  ток в момент дости жени  напр жением на шине питани  значени , соответствующего порогу выключени  дополнительного транзисто ра 2. Прекращение тока через светодиод 7 приводит к прекращению тока и через первый фотодиод 8, в результате чего входной ток эмиттерного повт рител  уменьшаетс  практически до нул , несмотр  на то, что на входе в это врем  может присутствовать значительное напр жение. Это позвол  ет исключить возможность вывода из стро  элементов эмиттерного повторител  и элементов электронных каскадов , согласуемых с помощью эмиттерно го повторител . При случайном коротком замыкании третьего резистора 11 нагрузки в предлагаемом эмиттерном повторителе автоматически ограничиваетс  мощность рассеиваема  на основном транзисторе 1, так как в этом случае с помощью первого фотодиода 8 ограничиваетс  рост базового тока основного транзистора 1, а при этом соответственно ограничиваетс  и ток через коллекторный и эмиттерный переходы основного транзистора 1 (в этом случае мощность, рассеиваема  на основном транзисторе 1, определ етс  током первого фотодиода 8 и коэффициентом усилени  основного транзистора 1). При этом, благодар  ограничению входного тока эмиттерного повторител  с помощью первого фотодиода 8, исключаютс  перегрузка и выход из стро  источника сигналов (объекта контрол ), выход которого подключаетс  к входу. В р де случаев, при использовании эмиттерных повторителей в качестве буферного каскада с высоким входным сопротивлением в приборах диагностики и контрол  состо ний логических микросхем, когда вход эмиттерного повторител  подключаетс  к слаботочным элементам объекта контрол , недопустимым  вл етс  даже небольшое и кратковременное уменьшение входного сопротивлени  буферного каскада при включени х и выключени х напр жений питани  приборов диагностики и контрол . В этом случае даже небольшое уменьшение входного coпpoтивJfeни  буферного каскада при коммутации напр жени  питани  может нарушить логику работы объекта контрол (например, триггерных схем в объекте контрол ), что  вл етс  недопустимым, так как при этом может нарушитьс  выполн ема  объектом контрол  функци ,Дл  исключени  такого в предлагаемом эмиттерном повторителе необходимо чтобы между входным сигнгхлом и порогом переключени  дополнительного транзистора 2 выдерживалось соотношение /Uexo.ax . где - максимальна  величина рабовх max чего напр жени  входного сигнала; 2 порог срабатывани  дополнительного транзистора 2. При соблюдении этого неравенства, в процессе уменьшени  напр жени  питани  эмиттерного повторител  (при выключении питани ), ток через светодиод 7, а соответственно, и через первый фотодиод 8 прекращаетс  раньше, чем поступает равенство напр жений на шине питани  и входе эмиттерного повторител . При нарастании напр жени  П1 тани  эмиттерного повторител  (при включеНИИ питани ) светодиод 7, а соответственно , и первый фотодиод 8 включаютс  после того, когда напр жение питани  на шине превысит напр жение на входе эмиттерного повторител .

При уменьшении амплитуды сигнала на входе до нул  {фронт спада входного сигнала), на выходе эмиттерного повторител  сигнал также спадает до нул , а второй фотодиод 9 переходит из фотодиодного режима оп ть в вентильный режим работы. При этом переход второго фотодиода 9 в вентильный режим ускор ет разр д паразитных емкостей, подключенных к выходу эмиттерного повторител  (например, входных емкостей последующего каскада ) , в результате чего на третьем резисторе 11 формируетс  более крутой задний фронт и, как следствие, повышаетс  быстродействие повторител при выключении.

В процессе работы эмиттерного повторител  первый фотодиод 8 посто нно облучаетс  фотонами, излучаемы;иш светодиодом 7, в результате чего Чсютотные свойства эмиттерного повторител  не ограничиваютс  частотными свойствами первого фотодиода 8, поэтому предельна  частота работы эмиттерного повторител  может на несколько пор дков превосходить предельную частоту работы о тоэлектронной пары светодиод 7 - первый фотодиод 8.

Таким образом, в предлагаемом эмиттерном повторителе, благодар  введению светодиода оптически и дифференциально подключенного к двум фотодиодам, достигаютс  более низка  величина входного (порогового ) напр жени  за счет компенсирующего действи  фото-ЭДС первого фотодиода и более высокий и линейный коэффициент передачи по напр жению защита входной цепи от перегрузок по напр жению, как во включенном,

. так и выключенном состо нии эмиттерного повторител ; высокое входное сопротизление при выключенном источнике питани  эмиттерного повторител  о Кроме того, исключаетс  импульсна  подгрузка источника сигнала при включени х и выключени х источника питани  эмиттерного повторител  за счет выбора соответствующего порога переключени  дополнительного транзистора 2,ограничиваетс  рассеиваема  мощность эмиттерног повторител  и защищаетс  источник сигнала от перегрузок по току при коротком замыкании эмиттерной нагруки (без снижени  коэффициента передачи по напр жению), повышаетс  помехоустойчивость при отсутствии входного сигнала, так как благодар  второму фотодиоду 9 исключаетс  вли ние неуправл емых токов основного транзистора 1 на последующие каскады , при этом также повышаетс  и быстродействие эмиттерного повторител  при выключении. Благодар  диффренциальному оптическому подключению фотодиодов к светодиоду обеспечиваетс  высока  временна  и температурна  стабильность параметров эмиттерного повторител , так как под действием дестабилизирующих факторов провод щие свойства фотодиодов измен ютс  в одинаковой степени .

Пре;т(лагаемый эмиттерный повторитель может найти широкое применение во входных устройствах сигнатурных и логических анализаторов, в приборах дл  измерени  параметров логических микросхем, а также в датчиках текущего контрол  слаботочных объектов.

Практическа  реализаци  схемы эмиттерного повторител  может быть выполнена с применением кремниевых транзисторов типа КТ 316 Д и дифференциального оптрона типа КОД 302 В При этом расчетный частотный диапазон работы эмиттерного повторител  составл ет: от посто нного тока до 50 МГц.

Структура электрической схемы эмиттерного повторител  позвол ет выполнить его в виде гибридной интегральной схемы.

Claims (1)

1. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ, содержащий основной транзистор, включенный по схеме с общим коллектором, одной структуры, дополнительный тран зистор, включенный по схеме с общим эмиттером, другой структуры, коллектор которого соединен с одним выво дом первого резистора, причем одно плечо его цепи базового смещения выполнено на втором резисторе, один вывод которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения мощности рассеивания, в него введен дифференциальный оптрон, светодиод которого включен в'прямом направлении между другим выводом первого резистора и общей шиной, первый фотодиод, включенный в обратном направлении в цепь базы основного транзистора, а второй фотодиод,включенный в обратном направлении - между эмиттером основно го транзистора к общей шиной, при- § чем между базой дополнительного тран-' зистора и другим выводом второго резистора введен стабилитрон.

   (Л CZ о

   Q0 о

   м