SU1665497A1 - Широкополосный усилитель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к усилительной технике широкополосного усилени . Цель изобретени  - увеличение площади усилени . Широкополосный усилитель содержит последовательно соединенные входной истоковый повторитель 1, межкаскадный корректирующий двухполюсник 2, первый усилительный каскад на транзисторе 3, включенном с общей базой, второй усилительный каскад в виде первого дифференциального каскада на транзисторах 4 и 5 с динамической нагрузкой, представл ющей собой второй дифференциальный каскад на транзисторах 6 и 7, и с цепью отрицательной обратной св зи. Последн   выполнена в виде третьего дифференциального каскада на транзисторах 8 и 9. При этом коллектор транзистора 6 соединен с коллектором транзистора 4, база и коллектор которого  вл етс  соответственно входом и выходом второго усилительного каскада, базы транзисторов 8 и 9 подключены соответственно к выходу выходного повторител  13 и к шине опорного напр жени , коллекторы транзисторов 8 и 9 подключены соответственно к базам транзисторов 7 и 6, к коллектору транзистора 3 подключен вход короткозамкнутой на конце линии 18 с распределенными параметрами, нагруженной на входе на коллекторную нагрузку 19 транзистора 3, котора  равна волновому сопротивлению линии 18. 1 ил.

Description

Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано в телевизионных измерительных устройствах, а также в радиолокационных устройствах.

Цель изобретения - увеличение площади усиления.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства.

Широкополосный усилитель содержит входной истоковый повторитель 1, межкаскадный корректирующий двухполюсник 2, первый усилительный каскад на первом транзисторе 3, второй 4, третий 5, четвертый 6, пятый 7, шестой 8 и седьмой 9 транзисторы, первый 10, второй 11 и третий 12 генераторы тока, выходной повторитель 13, первый 14, второй 15, третий 16 и четвертый 47 резисторы, короткозамкнутую на конце линию 18 с распределенными параметрами, коллекторную нагрузку 19 первого транзистора 3.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на вход входного потокового повторителя 1. Выбором типа транзистора обеспечивается частота Дереза входного истокового повторителя 1 значительно выше граничной частоты f_rp усиления широкополосного усилителя. Пер.вый усилительный каскад на первом транзисторе 3 имеет два вида коррекции. Коррекция по цепи эмиттера за счет передачи напряжения с выхода входного исΙτοκοβογο повторителя 1. по межкаскадному ! корректирующему двухполюснику 2 обеспечивает ослабление коэффициента усиления первого транзистора 3 на нижних частотах. Эта коррекция предназначена для компенсации спада амплитудно-частотной характеристики первого усилительного каскада на высоких частотах, который обусловлен наличием в первом транзисторе 3 отрицательной обратной связи через емкость коррелятор-база. Второй вид коррекции реализуется частотнозависимой цепью нагрузки первого транзистора в виде короткозамкнутой на конце линии 18 с распределенными параметрами; этот вид коррекции обеспечивает дифференцирование входного сигнала, что соответствует его ослаблению в области нижних частот.

Основным усилительным транзистором во втором усилительном каскаде является второй транзистор 4. Для этого каскада характерно отсутствие цепей коррекции в коллекторной цепи, благодаря чему второй транзистор 4 имеет максимально возможную площадь усиления. Частота среза цепи внутренней обратной связи второго транзи стора 4 f_oc обеспечивается значительно выше верхней граничной частоты широкополосного усилителя fey благодаря тому, что базовая цепь второго транзистора 4 имеет малое сопротивление в виде короткозамкнутой на конце линии 18 с распределенными параметрами, нагруженной на коллекторную нагрузку 19, величина кото? рой выбрана равной волновому сопротивлению.

Короткозамкнутую на конце линию 18 с распределенными параметрами на частотах ниже частоты первого резонанса, при которой длина волны в линии меньше четырехкратной ее длины, представляют в виде ее погонного сопротивления Ri и индуктивности Li. При этом нагрузка первого транзистора 3 представляет собой последовательную R1L1 цепь, которая зашунтирована волновым сопротивлением R_B в виде коллекторной нагрузки 19. Если известен ток коллектора !κι первого транзистора 3, то выходное напряжение первого усилительного каскада можно представить в виде ,, Ri Rb+jtoLiRy ^{Uz1 k1} R_b + Ri ' _/n , _n , , Li (Rb +Ri)(1 +¾

Учитывая, что Ri«Rb и вводя обозначение Li/Ri= Г 1, получим

U21= iKiRi(1+ j ωπ). (1)

Так как l_Ki=SiUi, где Si - крутизна преобразования входного напряжения Ui в ток коллектора первого транзистора 3, то коэффициент усиления первого усилительного каскада равен

Ki=SiRi(1+Jwr 1).(2)

Определим коэффициент передачи второго усилительного каскада, при подаче на базу второго транзистора 4 напряжения U₂i. Входное напряжение вызывает ток эмиттера второго транзистора 4. равный

где г_э - сопротивление эмиттерного перехода, причем где - тепловой потенциал · 1₀ - ток первого генератора 10 тока.

Следовательно, , _ U₂i Ιο а ток коллектора где . а - коэффициент передачи тока эмиттера.

Коллекторной нагрузкой второго транзистора 4 является параллельная RC-цепь. Емкость цепи состоит из коллекторной емкости второго 4 и четвертого 6 транзисторов и входной емкости выходного повторителя 13. Сопротивление цепи образуют параллельно включенные выходные сопротивления второго 4 и четвертого 6 транзисторов. Сопротивления нагрузки для коллекторных токов второго 4 и четвертого 6 транзисторов равно ^{Zk =} 1 + jLrC а выходное напряжение второго усилительного каскада без учета действия цепи обратной связи равно . и₂₂₌|,_Д

Коэффициент передачи второго каскада без учета действия цепи обратной связи равен

1/ — 2I_OR _/сл

К_2макс ⁽⁵⁾

Такой коэффициент усиления может быть реализован только при абсолютном равенстве токов смещения эмиттерных переходов второго 4 и четвертого 6 транзисторов. При равенстве токов принципиально возможен активный режим работы второго.транзистора 4. Однако для практической реализации равенства токов и, следовательно, площади усиления второго усилительного каскада, близкой к максимальной, вводится цепь обратной связи в виде третьего дифференциального каскада на шестом 8 и седьмом 9 транзисторах, который сравнивает выходное напряжение выходного повторителя 13 с опорным напряжением.

Выходное напряжение второго усилительного каскада с учетом действия цепи обратной связи равно

U220=(iK2~ioc)ZK , (6) где loc - ток обратной связи, создаваемый четвертым транзистором 6 на нагрузке Ζκ. Напряжение U220 является входным для шестого транзистора 8, ток коллектора которого записывается в виде , _ U220I0C ^ко 2(2^г + locRa) где loc - ток третьего генератора 12 тока;

R₃ - сопротивление первого резистора 14.

Разность напряжений на коллекторах шестого 8 и седьмого 9 транзисторов имеет вид ϋκο — 2|koRkO

U22QIqcRko

2^>r + 1осРэ где Rko - сопротивление второго резистора . 15.

Напряжение Uko является входным для четвертого 6 и пятого 7 транзисторов. Поэтому 5 ток обратной связи . _ ΕΙκοΙοπ _ U220loclonRKO ^loc 4φΓ ~ W+W где Ion - ток второго генератора 11 тока,

OU21IoZk (8)

О) (Ю)

45.

Решая совместно выражения (6), (3) и (7), (4), найдем

U220 j ΐ р

I -7 'ОС'ОПКко

Коэффициент передачи второго усилительного каскада с учетом действия цепи обратной связи равен _к _ U220 __«loZk

U21 л „ л. Zkloc lonRKO

Поскольку 2 фт« locRa, 4^_TR₃« IooRkoR, 7 R

Ζ_κ= γ и в установившемся режиме

Ιο=Ιοπ, то имеем к 1

Rko 1 + JftTToc где - Гос —гр— С 1огчко

Коэффициент передачи всего широкополосного усилителя имеет вид ,_z u _oR₃SiRi(1 + ]ωτί) К_Ш__К1К₂

При равенстве постоянных времени Γι = Гос. т.е. при выборе параметров схемы широкополосного усилителя такими, чтобы выполнялось равенство

Li _4^rR₃c ·

R1 IoRko коэффициент передачи является частотнонезависимым

К_ш = $¹р^1аЯэ (12)

Кко

Равенство (12) выполняется в диапазочастот, где справедлива аппроксимация выходного напряжения первого усилительного каскада, нагруженного на короткозамкнутую на конце линию 18с распределенными параметрами.

не (1)

Учитывая, что fey соответствует спаду амплитудно-частотной характеристики широкополосного усилителя на ЗдБ, f_By практи55 чески совпадает с частотой первого резонанса короткозамкнутой на конце линии 18 с распределенными параметрами. Если известна скорость распространения колебаний в выбранной линии V_o и ее погонная индуктивность Lo, то fey -fp (¹³)

Совместное решение (13) и (11) дает _t _ VoLoIoRko лч

Предложенный широкополосный усилитель имеет повышенную площадь усиления, более линейную фазовую характеристику И повышенную устойчивость работы.

Claims (1)

1. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

   Широкополосный усилитель, содержащий последовательно включенные входной Истоковый повторитель, межкаскадный корректирующий двухполюсник, первый усилительный каскад, выполненный на первом транзисторе, включенном по схеме с общей базой, второй усилительный каскад, выполненный с цепью отрицательной обратной

   Связи, и выходной повторитель; причем Межкаскадный корректирующий двухполюсник выполнен в виде параллельной RCЦепи, отличающийся тем, что, с целью Увеличения площади усиления, к коллектору

   Первого транзистора подключен вход короткозамкнутой на конце линии с распределенными параметрами, второй усилительный каскад выполнен в виде первого дифференциального каскада на втором и третьем транзисторах с первым генератором тока в общей эмиттерной цепи транзисторов и<с коллекторной нагрузкой в виде второго дифференицального каскада на четвертом и пя5 том транзисторах с вторым генератором тока в общей эмиттерной цепи транзисторов, цепь отрицательной обратной связи выполнена в виде третьего дифференциального каскада на шестом и седьмом транзи10 сторах, на первом и втором, третьем и четвертом резисторах в эмиттерных и коллекторных цепях каждого транзистора и на третьем генераторе тока в общей эмиттерной цепи транзисторов, при этом коллектор 15 четвертого транзистора соединен с коллектором второго транзистора, база и коллектор которого являются соответственно входом и выходом второго усилительного каскада, базы шестого и седьмого транзи20 сторов подключены соответственно к выходу выходного повторителя и к шине опорного напряжения, коллекторы шестого и седьмого транзисторов подключены соответственно к базам пятого и четвертого транзисторов, а 25 коллекторная нагрузка первого транзистора выбрана равной волновому сопротивлению короткозамкнутой на конце линии с распределенными параметрами.

   Редактор Г.Гербер Составитель В.Серов Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

   Заказ 2399 Тираж 454 Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

   113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101