SU1256149A1 - Эмиттерный повторитель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к усилительной технике и может использовать- м  Н качестве согласующего или разделительного каскада в электронных устройствах. Повышаетс  надежность при сохранении точности согласова- . ни . Эмиттерный повторитель содержит транзисторы (Т) 1-3, дифференциальный оптрон 4, дифференциальный усилитель 8, элемент И-НЕ 9, индикаторный светоди д 10, резисторы 11-13, 16-18, стабилитроны 14 и 15. Диффе- ренциальный оптрон 4 выполнен на фотодиодах 5, 6 и светодиоде 7. По шине 19 подаетс  нарастающее питание. Через резистор 16 и Т 3 начинает протекать ток. Когда питающее напр жение превьш1ает уровень переключени  Т 2 в базовой цепи Т 2 по вл етс  ток. Он протекает через стабилитрон 14, резистор 12, Т 3, светодиод 7. При этом фотодиоды 5 и 6 генерируют максимальную фото-ЭДС. Элемент И-НЕ 9 выключен. При поступлении входного сигнала в базовой цепи Т1 по вл етс  ток. На резисторе 11 по вл етс  выходной сигнал;. Его амплитуда практически не отличаетс  от амплитуды входного сигнала, т.к. падение напр жени  на переходе база-эмиттер Т i (Л ю сд О) со

Description

- 125

1 компенсируетс  напр жением фото- ЭДС фотодиода 6, работающего в вентильном режиме. При,аварийной ситуации возрастает входной ток Т1, сигнал с дифференциального усилител  8 включает элемент И-НЕ 9, что приво

1

Изобретение относитс  к усилительной технике и может использоватьс  в качестве согласующего или раздели- тельного каскада в электронных устройствах , работающих в широком диапазоне частот или в устройствах посто нного тока.

Цель изобретени  - повышение надежности при сохранении точности согласовани  .

На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема эмйт-тер- ного повторител .

Эмиттерный повторитель содержит первый 1 и второй 2 транзисторы, дополнительный транзистор 3, дифференциальный оптрон 4, вьшолненный на первом 5 и втором 6 фотодиодах и све- тодиоде 7, дифференциальной усилитель 8, элемент И-НЕ 9, индикаторный светодиод 10, первый П, второй 12 и третий 13 резисторы, первый 14 и второй 15 стабилитроны, первый 16, - второй 17 и третий 18 дополнительные резисторы, шину 19 источника питани 

Эмиттерный повторитель работает следующим образом.

При включении питающего напр жени  эмиттерного повторител  на шине 19 по вл етс  нарастающее напр жение а в базовой цепи дополнительного транзистора 3 через первый дополнительный резистор 16 начинает протекать , ток. Когда, нарастающее напр жение на шине 19 превысит уровень переключени  второго транзистора 2, определ емый напр жением стабилизации .первого стабилитрона 14, в базовой цепи второго транзистора 2 по вл етс  ток, протекаюш 1й через первый стабилитрон 14, второй резистор 12 и открытый дополнительный транзистор 3, в результате чего второй транзистор 2 открываетс  и обеспечивает

дит к шунтированию Т 3, выключению Т 2 и падению тока через светодиод 7. В результате фотодиод 6 ограничивает входной ток эмиттерного повторител . В аварийном режиме по вл етс  свечение индикаторного светодиода 10. ил.

протекание тока через светодиод 7 дифференциального оптрона 4. Ток, протекающий через светодиод 7, определ етс  третьим резистором 13 и задаетс  максимально допустимым дл  светодиода 7. При этом .первый 5 и второй 6 фотодиоды, оптически подключенные к светодиоду 7, наход тс  в глубоком вентильном режиме (в режиме

генерации максимальной фото-ЭДС).

По мере роста напр жени  на шине 19 элемент И-НЕ 9 остаетс  выключенным , так как через второй дополнительный резистор 17, подключенный од-.

ним концом к общей шине, на первый вход элемента И-НЕ 9 Подаетс  нулевой потенциал (второй стабилитрон 15 еще не включен). Наличие нулевого (или низкого) потенциала на одном

(любом) из входов элемента И-НЕ 9 обеспечивает его закрытое состо ние, в результате чего исключаетс  шунтирование базовой.цепи дополнительного транзисто.ра 3 (в течение этого времени состо ние дифференциального усилител  8 не вли ет на состо ние элемента И-НЕ 9). По вление фото-ЭДС на втором фотодиоде 6 приводит к тому, что на выходе дифференциального усилител  8 устанавливаетс  низкий потенциал , так как отрицательное напр жение фото-ЭДС с катода второго фотодиода 6 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилител  8.

После того, как нарастающее на шине 19 напр жение превысит напр жение стабилизации второго стабилитрона 15, на первом входе элемента И-НЕ

9 устанавливаетс  высокий потенциал, однако это не измен ет состо ни  элемента И-НЕ 9, так как к этому време- ни на его втором входе уже действует низкий потенциал с выхода дифферен

3

циального усилител  8 (элемент И-НЕ 9 может включатьс  только при одновременном наличии на его входах потенциалов ) .

При отсутствии входного сигнала. ток в базовой цепи первого транзистора 1 не протекает, в результате чего на первом резисторе 11, а соответственно , и на выходе эмиттерного повторител  сигнал также отсутствует. Протекающий в эмиттерной цепи первого транзистора 1 неуправл емый ток величина которого дл  кремниевых транзисторов не превышает нескольких дес тков микроампер во всем тем- пераТурном диапазоне работы, не вызывает по влени  на первом резисторе 11 паразитного положительного потенциала, так как неуправл емый ток полностью шунтируетс  первым фо- тодиодом 5, работающим в вентильном режиме. При этом на первом резисторе 11 присутствует небольшой отрицательный потенциал, обусловленный наличием фото-ЭДС первого фотодиода 5, что обеспечивает высокую помехоустойчивость каскадов, подключенных к .выходу эмиттерного повторител  в широком температурном диапазоне, когда тепловые токи первого транзистора 1 воз- растают.

При поступлени на вход эмиттерного повторител  входного сигнала в базовой цепи пергого транзистора 1 по вл етс  ток, величина которого определ етс  входным сопротивлением повторител  напр жени , состо щего из первого транзистора 1 и первого резистора 11. На последнем по вл етс  выходной сигнал, амплитуда кото рого практически не отличаетс  от амплитуды входного сигнала, так как падение напр жени  на переходе,, база- эмиттер первого транзистора 1 (,5B.) практически полностью компенсируетс  напр жением фото-ЭДС второго фотодиода 6 (и О,45-0,5 В), работающего в вентильном режиме, Это обеспечивает высокую точность передачи сигнала, так как коэффициент передачи эмиттерноге повторител  практически равен единице и линеен (даже в области малых входных напр жений). При этом первый фотодибд 5 не оказывает вли ни  на величину напр жени  на первом резисторе 11, так как первый фото- диод 5 в этом случае работает в фотодиодном режиме и через него протека0

56

5 5 0

1494

ет незначительный ток от шины 19 источника питани  через открытый первый транзистор 1.

Коэффициент усилиени  первого транзистора 1 должен быть таким, чтобы входной ток первого транзистора 1 во всем рабочем диапазоне входных напр жений обеспечивал работу второго фотодиода 6 в глубоком вентильном режиме (с максимальной фото-ЭДС ,5 В), т.е. входной ток устройства должен составл ть малую величину от максимального тока, который способен пропустить второй фотодиод 6, работа  в фотодиодном режиме.

В процессе передачи входного сигнала в нагрузку значительна  величина фото-ЭДС второго фотодиода 6 обеспечивает такое состо ние дифференциального усилител  8, при котором на его выходе низкий потенциал, удерживающий в выключенном состо нии элемент И-НЕ 9 и сохран к ций включенное состо ние дополнительного 3 и второго 2 транзисторов, а следовательно , и максимальный ток через светодиод 7 дифференциального оп- трона 4.

В случае возникновени  аварийной ситуации (выход амплитуды входного сигнала за пределы рабочего диапазона , замыкание нагрузки, уменьшение коэффициента усилени  первого транзистора 1, например, по причине старени ) входное сопротивление эмиттерного повторител  понижаетс , а входной ток первого транзистора 1 возрастает. Возрастание входного тока эмиттерного повторител  приводит к тому, что вентильна  фото-ЭДС второго фотодиода 6 начинает уменьшатьс  по абсолютной величине. Дифференциальный усилитель В имеет достаточно высокую чувствительность и настроен таким образом, что даже при уменьшении фото-ЭДС второго фотодиода 6 по абсолюной величине, на выходе дифференциального усилител  8 по вл етс  высокий потенциал. С этого момента времени на обоих входах элемента И-НЕ 9 одновременно оказываютс  высокие потенциалы, что приводит к включению элемента И-НЕ 9 и шунтированию им базовой цепи дополнительного транзистора 3 (ток через первый дополнительный резистор 16 ответвл етс  через открытй выход элемента И-НЕ 9).

5

Прекращение базового тока дополнительного транзистора 3 приводит к его выключению, а следовательно, прекращению базового тока второго транзистора 2 и его выключению. Пос ле выключени  второго транзистора 2 начинает протекать ток через индикаторный светодиод 10 и третий дополнительный резистор 18 (до этого времени они были шунтированы открытым вторым транзистором 2). Величина третьего дополнительного резистора 18 выбираетс  таким образом, чтобы после выключени  второго транзистора 2 ток через светодиод 7 значител но падал (например, уменьшалс  на пор док). Значительное (скачкообразное ) уменьшение тока светодиода 7 приводит к тому, что второй фотодио

6 переходит из вентильного режима ра-20 жени  питани  необходимо выполне-:

боты в фотодиодньш и ограничит входной ток эмиттерного повторител  практически на том же уровне, который предшествовал аварийному состо нию. Входной ток первого транзистора 1 в этом случае определ етс  коэффициентом передачи оптоэлектронной пары светодиод 7 - второй фотодиод и током через светодиод 7 и не зависит от величины напр жени , поступающего в этот момент на вход.

Ограничение входного, тока в аварийной ситуации на таком низком уровне практически не измен ет мощностного режима работы первого транзистора 1 по сравнению с его нормальным режимом. Поскольку в аварийном режиме ток, протекающий через третий дополнительный резистор 18 и светодиод 7, протекает и через индикаторный светодиод 10, по вл етс  свечение последнего, что свидетельствует о нарушении нормального функционировани  эмиттерного повторител . В таком состо нии эмиттерный повторитель находитс  до тех пор, пока не будет устранена причина, вызвавша  аварийную ситуацию.

Минимальный входной ток через светодиод 7 (определ емый в основном третьим дополнительным резистором 18) должен выбиратьс  еще и из трех соображений , чтобы при отключении вхо- да эмиттерного повторител  от объекта контрол  на втором фотодиоде 6 по вл лась вентильна  фото-ЭДС (на холостом ходу второго фотодиода 6),

по величине.достаточна  дл  автоматического приведени  эмиттерного повторител  в исходное состо ние.

Случайное сн тие напр жени  питани  с шины 19 эмиттерного повторител  в процессе его работы приводит к полному прекращению тока через светодиод 7, а следовательно, и второй фотодиод 6, при этом входное сопротивление эмиттерного повторител  возрастает, что исключает аварийное состо ние объекта контрол  (исключаетс  вообще какое-либо вли ние эмитерного повторител  на объект контрол ) .

Дл  сохранени  высокого входного сопротивлени  эмиттерным повторителем в период переходных процессов при включени х и выключени х напр ние следующего

|и,

соотношени :

;И(Ч1

5

0

5 5

0

5

бк мркс г где Ugjj.MQKc максимальна  величина рабочего напр жени  входного сигнала; Ug - порог срабатывани 

второго транзистора 2. При соблюдении этого неравенства в процессе уменьшени  напр жени  питани  эмиттерного повторител  (при выключении питани ) большой ток через светодиод 7 прекращаетс  раньше, чем наступает равенство напр жений на входе и шине 19. В процессе нарастани  напр жени  питани  эмиттерного повторител  (при включении питани ) большой ток через светодиод 7 по вл етс  после того, когда напр жение питани  на шине 19 превысит напр жение на входе эмиттерного повторител . При уменьшении амплитуды входного сигнала до нул  (фронт спада входного сигнала) на выходе эмиттерного повторител  сигнал также спадает до нул , а первый фотодиод 5 переходит из фотодиодного в вентильный режим работы. При этом переход первого фотодиода 5 в вентильньй режим ускор ет разр д паразитных емкостей нагрузки , в результате чего обеспечиваетс  высокое быстродействие эмиттерного повторител  при выключении.

В процессе работы эмиттерного повторител  второй фотодиод 6 посто нно облучаетс  фотонами, излучаемыми све тодиодом 7, в результате чего частотные свойства эмиттерного повторител  не ограничиваютс  частотными свойствами второго фотодиода 6, по-

этому предельна  частота работы эмит терного повторител  может на несколько пор дков превосходить предельную частоту работы оптоэлектронной пары светодиод 7 - второй фотодиод 6.

Дл  исключени  ложного срабатывани  защиты эмиттерного повторител  при включении напр жени  питани , когда вход до включени  питани  уже подключен к объекту контрол  и находитс  под напр жением, необходимо, чтобы в процессе нарастани  напр жени  питани  высокий потенциал на первый вход элемента И-НЕ 9 поступал после того, как светодиод 7 включитс  под большой ток, на втором фотодиоде 6 по витс  достаточное вентильное напр жение, а дифференциальный усилитель 8 сформирует на второй вход элемента И-НЕ 9 низкий уровень напр жени . Дп  этого необходимо выполнение следующего услови :

и.|.

где Ц

15

и„

lu,J f . .

-напр жение включени  второго стабилитрона 15;

-порог срабатывани  второго транзистора 2.

Фор м у ла изобретени 

Эмиттерный повторитель, содержащий первый транзистор, включенный по.схеме с общим коллектором, эмиттер которого  вл етс  выходом эмит- терного повторител  и через параллельно соединенные первый резистор и первый фотодиод, включенный в обратном направлении, дифференциального оптрона соединен с общей шиной, второй фотодиод дифференциального оптроРедактор В.Петраш

Заказ 4834/55Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска , наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие,г.Ужгород,ул.Проектна ,4

0

s

0

5

0

5

на включен в обратном направлении в . цепи базы первого транзистора, а также второй транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, база которого соединена через первый стабилитрон с первым выводом второго резистора , коллектор второго транзистора через последовательно соединенные третий резистор и светодиод, включенный в пр мом направлении, диф-- ференциального оптрона подключен к общей шине, отличающийс  тем, что, с целью повьщ1ени  надежности при сохранении точности согласо- вани , в него введены дифференциальный усилитель, элемент И-НЕ, индикаторный светодиод, первый, второй и третий дополнительные резисторы, второй стабилитрон и дополнительный транзистор, эмиттер которого соединен с общей щиной, коллектор - с вторым выводом второго резистора, база- с первым выводом первого дополнительного резистора и с --входом элемента И-НЕ, первый вход которого через второй дополнительный резистор соединен с общей шиной, а через второй стабилитрон - с вторым выводом первого дополнительною резистора, эмиттером второго транзистора к шиной источника питани , второй вход элемента И-НЕ соединен с выходом дифференциального усилител , входы которого подключены к электродам второго фотодиода дифференциального оптрона , при этом коллектор второго транзистора через последовательно соединенные третий дополнительный резистор и индикаторный светодиод подключен к шине источника питани .

Составитель Ю.Рогаткин

Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец

Claims (1)

1. Фор му ла изобретения

   Эмиттерный повторитель, содержащий первый транзистор, включенный по-схеме с общим коллектором, эмиттер которого является выходом эмиттерного повторителя и через параллельно соединенные первый резистор и первый фотодиод, включенный в обратном направлении, дифференциального оптрона соединен с общей шиной, второй фотодиод дифференциального оптрона включен в обратном направлении в . цепи базы первого транзистора, а также второй транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, база кото⁵ рого соединена через первый стабилитрон с первым выводом второго резистора, коллектор второго транзистора через последовательно соединенные третий резистор и светодиод, ¹⁰ включенный в прямом направлении, дифференциального оптрона подключен к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при сохранении точности согласо^{Л 15} вания, в него введены дифференциальный усилитель, элемент И-НЕ, индикаторный светодиод, первый, второй и третий дополнительные резисторы, вто' рой стабилитрон и дополнительный транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной, коллектор - с вторым выводом второго резистора, базас первым выводом первого дополнительного резистора и с “входом элемента И-НЕ, первый вход которого через второй дополнительный резистор соединен с' общей шиной, а через второй стабилитрон - с вторым выводом первого дополнительно!о резистора, эмит30 тером второго транзистора и шинои источника питания, второй вход элемента И-НЕ соединен с выходом дифференциального усилителя, входы которого подключены к электродам вто35 рого фотодиода дифференциального оптрона, при этом коллектор второго транзистора через последовательно соединенные третий дополнительный резистор и индикаторный светодиод ⁴⁰ подключен к шине источника питания.