НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
NONINVERTING AC AMPLIFIER

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве неинвертирующего усилителя с малым входным сопротивлением и коэффициентом передачи по току больше единицы.
В современной радиоэлектронной аппаратуре в качестве элементов аналоговых устройств находят применение различные модификации составных транзисторов [1-9], в том числе так называемые схемы Дарлингтона [10-30], которые по эмиттерной цепи имеют малое входное сопротивление и применяются в качестве усилителя тока в различных аналоговых устройствах - генераторах, фильтрах, фазорасщепителях и т.п.
Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является неинвертирующий усилитель тока (НУТ) по заявке на патент WO 2007/046732. Он содержит (фиг. 1) источник входного токового сигнала 1, связанный с эмиттером первого 2 выходного транзистора, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 2 выходного транзистора и первой 4 шиной источника питания, второй 5 выходной транзитор, колллектор которого соединен с токовым выходом устройства 6 и коллетором первого 2 выходного транзистора, база связана с источником напряжения смещения 7, а эмиттер через второй 8 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания, двухполюсник нагрузки 9, включенный между токовым выходом устройства 6 и второй 10 шиной источника питания.
Существенный недостаток известного НУТ состоит в том, что он не может обеспечить коэффициент передачи по току больше единицы, что затрудняет построение на его основе различных аналоговых устройств, например RC-фильтров с положительной обратной RC-связью.
i
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициентов усиления по току (K) НУТ до уровня, который превышает единичное значение. Это является необходимым условием построения на основе заявляемого НУТ различных электронных устройств с положительной обратной связью (ПОС), в которых усиление по петле ПОС должно превышать единицу.
Поставленная задача достигается тем, что в неинвертирующем усилителе тока на фиг. 1, содержащем источник входного токового сигнала 1, связанный с эмиттером первого 2 выходного транзистора, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 2 выходного транзистора и первой 4 шиной источника питания, второй 5 выходной транзитор, колллектор которого соединен с токовым выходом устройства 6 и коллетором первого 2 выходного транзистора, база связана с источником напряжения смещения 7, а эмиттер через второй 8 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания, двухполюсник нагрузки 9, включенный между токовым выходом устройства 6 и второй 10 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 11, база которого соединена с эмиттером первого 2 выходного транзистора, коллектор связан со второй 10 шиной источника питания, эмиттер соединен с первой 4 шиной источника питания через третий 12 токостабилизирующий двухполюсник и через дополнительный конденсатор 13 связан с эмиттером второго 5 выходного транзистора, причем базы первого 2 и второго 5 выходных транзиторов соединены друг с другом.
На фиг. 1 показана схема НУТ-прототипа, а на фиг. 2 - схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.
На фиг. 3 приведена схема заявляемого устройства фиг. 2 в среде PSpice на радиационно-зависимых моделях интегральных транзисторов АБМК_1.3 НПО «Интеграл» (г. Минск).
1
13
1
13
На фиг. 4 показаны амплитудно-частотные характеристики коэффициента усиления по току НУТ на фиг. 2 при разных значениях емкости дополнительного конденсатора C=C. При этом схема на фиг. 3 при C=C=0Ф соответствует по характеристикам схеме НУТ-прототипа на фиг. 1.
Неинвертирующий усилитель переменного тока на фиг. 2 содержит источник входного токового сигнала 1, связанный с эмиттером первого 2 выходного транзистора, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 2 выходного транзистора и первой 4 шиной источника питания, второй 5 выходной транзитор, колллектор которого соединен с токовым выходом устройства 6 и коллетором первого 2 выходного транзистора, база связана с источником напряжения смещения 7, а эмиттер через второй 8 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания, двухполюсник нагрузки 9, включенный между токовым выходом устройства 6 и второй 10 шиной источника питания. В схему введен дополнительный транзистор 11, база которого соединена с эмиттером первого 2 выходного транзистора, коллектор связан со второй 10 шиной источника питания, эмиттер соединен с первой 4 шиной источника питания через третий 12 токостабилизирующий двухполюсник и через дополнительный конденсатор 13 связан с эмиттером второго 5 выходного транзистора, причем базы первого 2 и второго 5 выходных транзисторов соединены друг с другом.
13
13
э11
э5
э11
э5
-1
Рассмотрим работу схемы на фиг. 2 для случая, когда реактивное сопротивление конденсатора 13 (2πfC)=Z значительно меньше r и r, где r - сопротивление эмиттера дополнительного транзистора 11, а r - сопротивление эмиттера второго 5 выходного транзистора.
вх
Если входной ток НУТ на фиг. 2 изменяется на величину i, то это вызывает следующие изменения токов в схеме:
где ; ; ;
т
ϕ=26 мВ - температурный потенциал;
3
12
8
I, I, I - статические токи первого 3, второго 8 и третьего 12 токостабилизирующих двухполюсников соответственно.
i
После преобразования формулы (4) можно получить, что коэффициент передачи по току K схемы НУТ на фиг. 2 определяется формулой:
3
12
8
i
i
2
2
5
i
За счет выбора отношения статических токов I, I, I можно изменять коэффициент передачи по току K в пределах: K=α+(α+α), т.е. в диапазоне от 0,99 до 2 единиц. Если все токи выбирать одинаковыми, то K=1,5. В большинстве случаев это достаточно для построения на основе НУТ на фиг. 2, например RC-фильтров и генераторов с положительной RC- или RLC-обратной связью.
Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенное преимущество в сравнении с прототипом - обеспечивает неинвертирующее усиление по току больше единицы. Это позволяет создавать на его основе различные электронные схемы, в которых по условиям работоспособности необходимо иметь усиление по петле положительной обратной связи больше единицы.
Источники информации
1. Заявка на патент WO 2007/046732 fig. 5
2. Заявка на патент WO 2008/026599
3. Патент US 6.172.549 fig. 4
4. Патент RU 2.519.558 fig. 2
5. Патент US 7.728.673 fig. 1
6. Заявка на патент US 2010/0013562 fig. 2
7. Патент US 5.929.710 fig. 3
8. Патент ЕР 0623993 fig. 2
9. Патент US 6.611.172 fig. 1
10. Патент US 5.900.774 fig. 1
11. Патент ЕР 0385547 fig. 7
12. Патент US 6.107.886 fig. 2
13. Патент US 5.218.319 fig. 3
14. Патент ЕР 0648010 fig. 3
15. Патент US 7.123.091 fig. 1
16. Патент US 4.890.067 fig. 2
17. Патент US 3.510.791 fig. 3
18. Патент US 4.024.462 fig. 1
19. Патент US 4.706.038 fig. 2
20. Патент US 6.806.778 fig. 2
21. Патент US 7.692.492 fig. 4
22. Патент US 7.436.262 fig. 2
23. Патент US 7.834.695 fig. 8
24. Патент US 7.088.174 fig. 4
25. Патент US 4.547.744 fig. 2
26. Патент US 6.798.285 fig. 2
27. Патент US 3.694.763 fig. 1
28. Патент US 4.914.533 fig. 2
29. Патент US 4.219.839 fig. 7
30. Патент ЕР 0767989