SU1635250A1 - Power amplifier - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиотехнике . Цель изобретени  - уменьшение нелинеиных искажений при низковольтном олнопол рном питании. Усилитель мощности содержит двухтактный оконечный каскад на комплементарных транзисторах 1 и 2, каждый из которых включен по схеме с общим эмиттером, первый и второй дифференциальные каскады, первый и второй предоконечные каскады с динамическими нагрузками и источник опорного напр жени  с AHVMH выходами. На ба- ш четвертого и п того транзисторен 4 и 5 первого и второго дифференты пьных ьлскадов подаютс  опорные напр жени  г источника опорного напр жени . В результате первый и второй дифференциальные каскады образуют пве петли глубокой местной от - рииагечьнон обратной св чи, устанавливающие в ыимное соответствие ре- жимных т окон. Ус.гштель в статическом режиме самоустсравниваетс  в состо ние гмллнса, когда токи по- кон попарно равны. При чтом выходное напр жение практически точно соответствует половине напр жени  источника питани , и peaпизуетс  режим класса ,АВ дл  транзисторов двухтактного оконечного каскада. Усилитель мощности имеет в любом споем плече не более двух транзисторов, включенных последовательно, что позвол ет заданием опорного тока примен ть его при низковольтном источнике питани . 1 ил. « (ЛThe invention relates to radio engineering. The purpose of the invention is to reduce non-linear distortions at low-voltage polarized power. The power amplifier contains a push-pull terminal cascade on complementary transistors 1 and 2, each of which is connected according to a common emitter circuit, the first and second differential stages, the first and second pre-terminal stages with dynamic loads, and the reference source with AHVMH outputs. The fourth and fifth transistors 4 and 5 of the first and second differentials are supplied to the bays of the reference voltages of the reference voltage source. As a result, the first and second differential cascades form new loops of deep local or local feedback that establish the window window mode and the maximum correspondence. The usable pin in the static mode is self-equalized to the mill state, when the currents are equal in pairs. Moreover, the output voltage almost exactly corresponds to the half voltage of the power supply, and the AB mode for the push-pull terminal cascade transists. The power amplifier has no more than two transistors connected in series in any arm, which allows setting the reference current to apply it to a low-voltage power source. 1 il. "(L

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике , и может быть применено в интегральных схемах усилителей мощности дл  миниатюрных аппаратов звуковоспроизведени  с низковольтными од- нопол рными источниками питани  при работе на микрофон.The invention relates to radio engineering, and can be applied in integrated circuits of power amplifiers for miniature sound reproduction devices with low-voltage unipolar power sources when operating on a microphone.

Цель изобретени  - уменьшение нелинейных искажений при низковольтном однопол рном питании.The purpose of the invention is to reduce non-linear distortions with low-voltage unipolar power.

На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема устройства.The drawing shows a circuit diagram of the device.

Предложенный усилитель MODIHOCTH содержит первый и второй транзисторы 1, 2 двухтактного оконечного каскада, третий и четвертый транзисторы 3, 4 первого дифференциального каскада , п тый и шестой транзисторы 5, 6 второго дифференциального каскада , седьмой и восьмой транзисторы 7,The proposed MODIHOCTH amplifier contains the first and second transistors 1, 2 push-pull terminal cascade, the third and fourth transistors 3, 4 of the first differential cascade, the fifth and sixth transistors 5, 6 of the second differential cascade, the seventh and eighth transistors 7,

8 первого предоконечного каскада, дев тый и дес тый транзисторы 9, 10 второго предоконечного каскада, одиннадцатый , двенадцатый, тринадцатый транзисторы 11, 12, 13 и резистор 14 источника опорного напр жени .8 of the first pre-end cascade, the ninth and tenth transistors 9, 10 of the second pre-end cascade, the eleventh, twelfth, thirteenth transistors 11, 12, 13 and the resistor 14 of the voltage source.

Предложенный усилитель мощности работает следующим образом.The proposed power amplifier works as follows.

Седьмой и восьмой транзисторы 7, 8, а также дев тый и дес тый транзисторы 9, 10 создают предусилитель- ный мост с высокоомным выходом, обладающий большим коэффициентом уси- по напр жению относительно входного сигнала, поскольку восьмой и дес тый транзисторы 8, 10 служат динамическими нагрузками дл  седьмого и дев того транзисторов 7, 9, включенных по схеме с общим эмит- тером. Усиленные сигналы на выходах плеч моста синфазны и дополнительно усиливаютс  по мощности первым и втрым транзисторами 1, 2 оконечного двухтактного каскада. Рабочий режим по току восьмого и дес того транзисторов 8, 10 задаетс  опорным напр жением источника опорного напр жени  с одиннадцатого транзистора 11, выполн ющего совместно с восьмым и де- с тым транзисторами 8, 10 функцию разветвленного отражател  тока. При этом значение тока задаетс  резистором 14. Нагрузками плеч предусили- тельного моста служат базоэмиттерныеThe seventh and eighth transistors 7, 8, as well as the ninth and tenth transistors 9, 10 create a preamplifier bridge with a high-impedance output, which has a large coefficient of voltage gain relative to the input signal, since the eighth and tenth transistors 8, 10 serve dynamic loads for the seventh and ninth transistors 7, 9, connected according to the scheme with a common emitter. The amplified signals at the outputs of the shoulders of the bridge are in-phase and are additionally amplified by the power of the first and the second transistors 1, 2 of the terminal push-pull stage. The operating mode of the current of the eighth and tenth transistors 8, 10 is set by the reference voltage of the reference voltage source from the eleventh transistor 11, which together with the eighth and tenth transistors 8, 10 performs the function of a branched current reflector. The current value is set by the resistor 14. Base-emitter loads serve as loads for the arms of the preamplifier bridge.

переходы первого и второго транзисторов 1, 20 Эти нагрузки внос т в мост разбалансирующий эффект по посто нному току, т.е. дл  поддержани  в статическом режиме равенств I- I., I,0 Ц необходимо, чтобы имели место тококомпенсационные равенстваtransitions of the first and second transistors 1, 20 These loads introduce a DC unbalancing effect into the bridge, i.e. in order to maintain in the static mode equalities I-I., I, 0 C, it is necessary that current-compensation equalities be

ls i2 + i,, 1Ф i + itls i2 + i ,, 1F i + it

Поскольку на базы четвертого и п - того транзисторов 4, 5 подаютс  опорные напр жени  с источника опорного напр жени , то поддержание равенств (1) осуществл етс  двум  петл ми глубокой местной отрицательной обрат- ной св зи через контуры включенных по схеме ОЭ-ОБ третьего, п того 3, 5 и четвертого, шестого 4, 6 транзисторов . При этом статический режим будет достигнут в том случае, когда меж ду частными равенствами (1) установитс  взаимное соответствие I 15. Первый дифференциальный каскад управл етс  входным напр жениемSince the bases of the fourth and p - transistors 4, 5 are supplied by the reference voltages from the source of the reference voltage, the equalities (1) are maintained by two loops of deep local negative feedback through the circuits included in the OE circuit of the third , of that 3, 5 and fourth, sixth 4, 6 transistors. In this case, the static mode will be achieved in the case when between the partial equalities (1) mutual correspondence I 15 is established. The first differential stage is controlled by the input voltage.

-  -

uwt- и зuwt- and s

Чг Chg

(2)(2)

второй дифференциальный каскад управл етс  входным напр жениемthe second differential stage is controlled by the input voltage

в.at.

БЭ6- UWBE6- UW

UB,, UUB ,, U

Ц т1п-Ц- ml.Ц т1п-Ц- ml.

(3)(3)

где if KT/q - температурный потенциал Jwhere if KT / q is the temperature potential J

I. - примерно равные эмиттер- ные токи одиннадцатого и тринадцатого транзисторовI. - approximately equal emitter currents of the eleventh and thirteenth transistors

и, 13;and, 13;

m - коэффициент, учитынаюгций необходимое конструктивное увеличение инжектирующей поверхности эмиттеров первого и второго транзисторов 1, 2 относительно остальных транзисторов устройстваm - coefficient, taking into account the required structural increase in the injection surface of the emitters of the first and second transistors 1, 2 relative to the remaining transistors of the device

(указанное увеличение достигаетс (the indicated increase is achieved

топологическим решением при интегtopological solution for integ

рэльной реализации).real implementation).

С другой стороны, между токами 15,On the other hand, between currents 15,

ТS и 13, 14 существуют известныеTS and 13, 14 there are known

соотношени ratios

-| exp(-52/qy),- | | exp (-52 / qy),

66

ехр(-ЗДт). exp (-СДт).

(4)(four)

4040

из которых после подстановки (2) и (3) следуют уравнени  режимных соответствий:of which, after the substitution of (2) and (3), the equations of the regime correspondences follow:

1 5 15

(5)(five)

I т 1 Таким образом, ток 1у, поддерживающий усилительный режим работы второго транзистора 2, оказываетс  пропорциональным току I первого транзистора 1. Аналогичное соответствие существует дл  тока 1 и в отношении рабочего режима второго транзистора 2. Вследствие этого устройство в статическом режиме самог устанавливаетс  в состо ние баланса,I t 1 Thus, the current 1y supporting the amplifying mode of operation of the second transistor 2 turns out to be proportional to the current I of the first transistor 1. A similar correspondence exists for current 1 and in relation to the operating mode of the second transistor 2. As a result, the device in static mode itself becomes balance

когда токи поко  т.е. I| Тwhen the currents rest I | T

попарно равны,are pairwise equal

венно, включенных по схеме ОБ, иincluded in the OB scheme, and

ЧH

Ч H

L6L6

I4 1у.I4 1y

ВAT

этом случае выходное напр жение практически точно соответствует половине напр жени  источника питани . Особенности функционировани  усилител  мощности при по влении полезного сигнала рассмотрим на примере положительного приращени  на- JQ пр жени  на входе относительно уровн  поко . Это приращение усиливаетс  седьмым и дев тым транзисторами 7 и 9 и вызывает уменьшение напр жени  на базах второго, третьего и перво- 15 го, шестого транзисторов 2, 3 и 1, 6. В результате разбалансируетск статический режим как в оконечном каскаде (первый транзистор 1 свои ток 1( увеличивает, второй транзистор 20 2 ток 1г уменьшает), так н п дифференциальных каскадах (в первом ток Ig уменьшаетс , ток 14 увеличиваетс , а во втором ток I. увеличивавICH, ток I, уменьшаетс ). Тогда, согласно 25 выражени м (5), коэффициент пропорциональности между токами 1 и Т { возрастает, а коэффициент пропорциональности между токами I и 1« умоньпри этом возможность самовозбуждени  за счет него гаситс  глубокой отрицательной обратной св зью двух сопр женных контуров (транзисторы 3, 5 и 4, 6). Действие отрицательного приращени  сигнала на входе приведет к противоположному изменению токов и напр жений в устройстве, благодар  чему реализуетс , как следует из рассмотренного, режим класса AR дл  первого и второго транзисторов 1, 2 двухтактного оконечного каскада.In this case, the output voltage almost exactly corresponds to half the voltage of the power source. The features of the operation of the power amplifier at the appearance of a useful signal are considered on the example of a positive increment of the input jQ on the level of rest. This increment is amplified by the seventh and ninth transistors 7 and 9 and causes a decrease in voltage at the bases of the second, third and first, sixth transistors 2, 3 and 1, 6. As a result, the static mode unbalances as in the final stage (first transistor 1 its current 1 (increases, the second transistor 20 2 current 1g decreases), so n n differential cascades (in the first current Ig decreases, current 14 increases, and in the second I. increases the current I, decreases). Then, according to 25 m (5), the proportionality coefficient between currents 1 and T {air As the ratio between currents I and 1 is monitored, the possibility of self-excitation due to it is suppressed by the deep negative feedback of the two connected circuits (transistors 3, 5 and 4, 6). The effect of the negative signal increment on the input will lead to the opposite change in currents and voltages in the device, so that, as follows from the above, the class AR mode for the first and second transistors 1, 2 of the push-pull terminal stage is realized.

Полезный ффект состоит в том, что усипитель мощности имеет в любом своем плече не более двух транзисторов , включенных последовательно, чтг позвол ет заданием опорного тока 10 (резистором 14) применить его дл  низковольтного питани , в том числе при пониженных напр жени х база - тмиттер ь при предельно сниженных (до 0,1 И) напр жени х база - коллектор, когда рабочий режим первого и второго транзисторов 1, 2 двухтактного оконечного каскада обеспечиваетс  след щей подпиткой (или токоотборп -; со стороны четвершаетс , т.е. работа отпирающегос  пер-30 того и п того iранзисторов 4 и 5 обоThe useful effect is that the power booster has no more than two transistors in each arm connected in series, which allows setting the reference current 10 (resistor 14) to apply it to low-voltage power, including at low base voltages - tmitter at extremely low (up to 0.1 I) base-to-collector voltages, when the operating mode of the first and second transistors 1, 2 of the push-pull terminal stage is provided by the follow-up feed (or current collector;; from the side of the fourth, i.e. first- 30 addition and transistors of 4 and 5 obo

1635250616352506

венно, включенных по схеме ОБ, иincluded in the OB scheme, and

JQ 15 20 , 25 при этом возможность самовозбуждени  за счет него гаситс  глубокой отрицательной обратной св зью двух сопр женных контуров (транзисторы 3, 5 и 4, 6). Действие отрицательного приращени  сигнала на входе приведет к противоположному изменению токов и напр жений в устройстве, благодар  чему реализуетс , как следует из рассмотренного, режим класса AR дл  первого и второго транзисторов 1, 2 двухтактного оконечного каскада.JQ 15 20, 25, at the same time, the possibility of self-excitation due to it is damped by the deep negative feedback of the two coupled circuits (transistors 3, 5 and 4, 6). The effect of a negative signal increment on the input will lead to the opposite change in currents and voltages in the device, so that, as it follows from the above, the AR class mode for the first and second transistors 1, 2 of the push-pull terminal stage is realized.

Полезный ффект состоит в том, что усипитель мощности имеет в любом своем плече не более двух транзисторов , включенных последовательно, чтг позвол ет заданием опорного тока 10 (резистором 14) применить его дл  низковольтного питани , в том числе при пониженных напр жени х база - тмиттер ь при предельно сниженных (до 0,1 И) напр жени х база - коллектор, когда рабочий режим первого и второго транзисторов 1, 2 двухтактного оконечного каскада обеспечиваетс  след щей подпиткой (или токоотборп -; со стороны четверThe useful effect is that the power booster has no more than two transistors in each arm connected in series, which allows setting the reference current 10 (resistor 14) to apply it to low-voltage power, including at low base voltages - tmitter at extremely low (up to 0.1 I) base-to-collector voltages, when the operating mode of the first and second transistors 1, 2 of the push-pull terminal stage is provided by the follow-up feed (or current collector;;

вого транзистора 1 на реактивную нагрузку сопровождаетс  след щим т око- отбором в четвертый транзистор 4, а работа запирающегос  второго ран- зистора 2 сопровождаетс  уменьшением токоподпитки от п того транзистора 5. Роль соединени  коллектора третьего транзистора 3 с эмиттером п того транзистора 5 и, соответственно коллектора шестого транзистора 6 с эмиттером третьего транзистора 3 состоит в том, что при описанном действии полезного сигнала увеличение тока 1 и уменьшение тока Ij выпоп- н ет функцию противофазного регулировани  коэффициентов усилени  обоих дифференциальных каскадов, что позвол ет ослабить взаимосв зь токов I 4 и Ig, и усилить взаимосв зь токов 1 и 1( согласно (5), т.е. нарушить автоматический баланс токов статического режима. Возникающий контур местной положительной обратной св зи (транзисторы 3 и 6) обладает небольшим усилением, т.к. эмиттерные резисторы дифференциальных каскадов шунтированы низким выходным сопротивлением четвертого и п того транзисторов 4 и 5 соответстThe reactive load transistor 1 is followed by the next pickup to the fourth transistor 4, and the work of the locking second transistor 2 is accompanied by a decrease in the current supply from the fifth transistor 5. The role of the connection of the collector of the third transistor 3 to the emitter of the fifth transistor 5 and, respectively the collector of the sixth transistor 6 with the emitter of the third transistor 3 consists in the fact that, with the described action of the useful signal, an increase in the current 1 and a decrease in the current Ij discharges the function of antiphase adjustment of the coefficient Enhancement of both differential cascades, which allows to weaken the interconnection of currents I 4 and Ig, and strengthen the interconnection of currents 1 and 1 (according to (5), i.e. disrupt the automatic balance of currents of the static mode. The resulting local positive feedback (transistors 3 and 6) has a small gain, since the emitter resistors of the differential stages are shunted by the low output resistance of the fourth and fifth transistors 4 and 5, respectively

их дифференциальных каскадов. Таким образом, по сравнению с прототипом достигаетс  снижение уровн  нелинейных искажений при низковольтном од- нопол рном питании.their differential cascades. Thus, in comparison with the prototype, a reduction in the level of nonlinear distortions is achieved with a low-voltage unipolar supply.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Усилитель мощности, содержащийPower amplifier containing двухтактный оконечный каскад, выполненный на включенных по схеме с общим эмнттгром первом транзисторе первого типа и втором транзисторе второго типа, первый дифференциальный каскад, выполненный на третьем и четвертом транзисторах второго типа, второй дифференциальный каскад , выполненный на п том и шестом транзисторах первого типа, первыйpush-pull terminal cascade made on the first transistor of the first type and the second transistor of the second type connected according to the scheme with common impedgrr; the first differential cascade performed on the third and fourth transistors of the second type; the second differential cascade performed on the fifth and sixth transistors of the first type; предоконечный каскад, выполненный на включенном по схеме с общим эмиттером седьмом транзисторе второго типа и динамической нагрузке на восьмом транзисторе первого типа ,при этом pre-terminal cascade performed on the seventh transistor of the second type connected according to the common emitter circuit and dynamic load on the eighth transistor of the first type; точка соединени  коллекторов седьмого и восьмого транзисторов подключена к базе третьего транзистора, база седьмого транзистора  вл етс  входом устройства, точка соединени  коллекторов первого и второго транзисторов  вл етс  выходом устройства, отличающийс  тем; что, с целью уменьшени  нелинейных искажений при низковольтном однопол рном питании, введены второй предоконечный каскад , выполненный на включенном по схеме с общим эмиттером лев том транзисторе второго типа и динамической нагруэке на дес том транзисторе первого типа, источник опорного напр жени , выполненный на одиннадцатом и двенадцатом транзисторах первого типа, на тринадцатом транзисторе второго типа и резисторе, при этом базы п того, восьмого, дес того, одиннадцатого и двенадцатого транзисторов объединены и подключены к коллектору одиннадцатого транзистора , эмиттеры одиннадцатого и двенадцатого транзисторов объединены и подключены к шине источника питани ,the connection point of the collectors of the seventh and eighth transistors is connected to the base of the third transistor, the base of the seventh transistor is the input of the device, the connection point of the collectors of the first and second transistors is the output of the device, different in that; that, in order to reduce nonlinear distortions in case of low-voltage unipolar power, a second pre-end cascade was introduced, performed on the second type of transistor connected to the common emitter circuit and the dynamic load on the tenth transistor of the first type, the reference voltage source performed on the eleventh and the twelfth transistors of the first type, the thirteenth transistor of the second type and the resistor, while the bases of the fifth, eighth, tenth, eleventh and twelfth transistors are combined and connected to the to the eleventh transistor, the eleventh and twelfth emitters are combined and connected to the power supply bus, ЧГ5Г  ЛCg5g l Редактор М.ИиткинаEditor M.Iitkina Составитель В.Серов Техрел Л.СердюковаCompiled by V.Serov Tehrel L. Serdyukova Заказ 760Order 760 Тираж 464Circulation 464 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5VNIIPI State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5 коллектор одиннадцатого транзистора через резистор соединен с общей шиной и с эмиттером тринадцатого транзистора , база и коллектор которого объединены и подключены к объединенным коллектору двенадцатого транзистора и базе четвертого транзистора, коллектор п того транзистора соединен с коллектором седьмого транзистора и с базой третьего транзистора, коллектор третьего транзистора подключен к точке соединени  эмиттеров п того и шестого транзисторов, базаthe collector of the eleventh transistor is connected through a resistor to the common bus and to the emitter of the thirteenth transistor, the base and collector of which are combined and connected to the combined collector of the twelfth transistor and the base of the fourth transistor, the collector of the fifth transistor and the base of the third transistor, collector of the third transistor connected to the point of connection of the emitters of the fifth and sixth transistors, the base седьмого транзистора соединена с базой дев того транзистора, коллектор которого подключен к объединенным базе первого транзистора коллектору четвертого транзистора иthe seventh transistor is connected to the base of the ninth transistor, the collector of which is connected to the integrated base of the first transistor and the collector of the fourth transistor and 0 базе шестого транзистора, коллектор которого подключен к точке соединени  эмиттеров третьего и четвертого транзист оров.0 the base of the sixth transistor whose collector is connected to the point of connection of the emitters of the third and fourth transistors. Корректор Л.ПатайProofreader L. Patay ПодписноеSubscription