БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДРАЙВЕР ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКИ
HIGH-SPEED CAPACITIVE LOAD DRIVER

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на емкостную нагрузку).
Известны схемы драйверов линий связи, построенных на основе операционных усилителей с отрицательной обратной связью, которые стали основой многих серийных микросхем первого и второго поколения [1-7].
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является драйвер с емкостной нагрузкой, описанный в книге Достала И. Операционные усилители. - М.: Мир, 1982, с.447, рис.13.18, содержащий источник сигнала 1, связанный со входом буферного каскада 2, выход которого 3 подключен к конденсатору цепи нагрузки 4.
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он характеризуется сравнительно низким быстродействием из-за влияния на переходный процесс конденсатора цепи нагрузки 4.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот.
Поставленная задача достигается тем, что в драйвере емкостной нагрузки (фиг.1), содержащем источник сигнала 1, связанный со входом буферного каскада 2, выход которого 3 подключен к конденсатору цепи нагрузки 4, предусмотрены новые элементы и связи - выход 3 буферного каскада 2 соединен со входом неинвертирующего усилителя напряжения 5 и выходом усилителя тока 6, причем между выходом неинвертирующего усилителя напряжения 5 и входом усилителя тока 6 включен корректирующий многополюсник 7.
На чертеже фиг.1 приведена схема драйвера-прототипа.
На чертеже фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с пп.1 и 2 формулы изобретения.
к
п
var
На чертеже фиг.3 представлена схема заявляемого устройства в среде PSpice при реализации корректирующего многополюсника 7 в виде конденсатора C=C=C.
к
вых.2
0
На чертеже фиг.4 приведена зависимость коэффициента передачи по напряжению схемы фиг.3 от частоты при разных значениях емкости конденсатора C в структуре корректирующего многополюсника 7 при выходном сопротивлении буферного каскада 2 R=R=1 кОм.
На чертеже фиг.5 показана схема фиг.2 в среде PSpice при работе с импульсным входным напряжением, имеющим амплитуду, например, -1 B.
к
var
вых.2
0
На чертеже фиг.6 приведена зависимость времени установления выходного напряжения драйвера фиг.5 от значения емкости C=C корректирующего многополюсника 7 при выходном сопротивлении буферного каскада 2 R=R=1 кОм. Данные графики показывают, что время установления переходного процесса за счет новых связей уменьшается с 2 мкс до 22 нс, т.е. в 90 раз.
вых.2
Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки фиг.2 содержит источник сигнала 1, связанный со входом буферного каскада 2, выход которого 3 подключен к конденсатору цепи нагрузки 4. Выход 3 буферного каскада 2 соединен со входом неинвертирующего усилителя напряжения 5 и выходом усилителя тока 6, причем между выходом неинвертирующего усилителя напряжения 5 и входом усилителя тока 6 включен корректирующий многополюсник 7. Для пояснения работы схемы буферный каскад 2 включает идеальный повторитель напряжения 8, а также выходное сопротивление 9 (R).
На чертеже фиг.2, а также фиг.3 и фиг.5, в соответствии с п.2 формулы изобретения, корректирующий многополюсник 7 реализован в вид вспомогательного конденсатора, включенного между входом и выходом данного корректирующего многополюсника.
Рассмотрим работу известного (фиг.1) и предлагаемого (фиг.2) устройств.
4
вых.2
4
При скачкообразном изменении входного напряжения на входе буферного каскада 2 фиг.1 начинается процесс заряда конденсатора цепи нагрузки 4 (C). Постоянная времени цепи заряда определяется выходным сопротивлением буферного каскада 2 R и емкостью С (фиг.6).
4
к
4
к
2
В заявляемой схеме фиг.2 напряжение на конденсаторе С передается через неинвертирующий усилитель напряжения 5 на вход корректирующего многополюсника 7, передаточная функция которого должна соответствовать дифференцирующему звену первого порядка. В частном случае в качестве корректирующего многополюсника 7 может применяться конденсатор C. В результате на выходе усилителя тока 6 формируется импульс тока, способствующий более быстрому заряду конденсатора С. Об этом свидетельствуют графики фиг.6, когда при C≈С=9,9 нф время установления переходного процесса уменьшается с 2 мкс до 22 нс, т.е. в 90 раз.
Таким образом, заявляемый драйвер обеспечивает при емкостной нагрузке более высокое быстродействие.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США №4.691.174, fig.1, fig.5
2. Патент США №4.667.146, fig.1
3. Патент США №4.528.515, fig.2
4. Патент США №4.475.087, fig.10
5. Патент США №4.536.717, fig.1
6. Патент США №4.714.896, fig.1
7. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2-е изд., испр. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2007. - С.34, рис.1.22.