PL168169B1

PL168169B1 - Transducer arrangement

Info

Publication number: PL168169B1
Application number: PL92301004A
Authority: PL
Inventors: Hartmut Koellner
Original assignee: Telefunken Fernseh & Rundfunk
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1992-04-11
Publication date: 1996-01-31
Also published as: ES2109352T3; EP0579686A1; DE4111999C2; SG44791A1; NO933658L; HUT65761A; DE4111999A1; ATE158452T1; HU9302761D0; JPH06506577A; WO1992019040A1; KR100237904B1; EP0508480A1; FI934481A7; FI934481A0; CZ210093A3; CA2108168A1; US5455533A; NO933658D0; EP0579686B1

Abstract

1. Uklad przetw ornika, zawierajacy pier- wszy tranzystor, do którego bazy doprowadza sie sygnal wejsciowy, kom plem entarny do pierwszego tranzystora drugi tranzystor, któ- rego baza jest polaczona z emiterem pier- wszego tranzystora, i którego emiter jest pola- czony przez pierwszy rezystor z zaciskiem wyjsciowym ukladu, oraz zawierajacy uklad pradow ego sprzezenia zwrotnego od wyjscia, sterujacy przeplywem pradu przez odcinek em iter-kolektor obu tranzystorów pierwszego i drugiego, we wzajemnej zaleznosci, znamien- ny tym, ze z emiterem pierwszego tranzystora (T1, T1'; T11, T11'; FT11) polaczony jest drugi rezystor (R2, R2'), przez który plynie prad em iter-kolektor pierwszego tranzystora (T1, T 1'; T 11, T11'; FT11) i który jest polaczony przez emiter pierszego tranzystora (T1, T1'; T11, T11'; FT11) z baza drugiego tranzystora (T2 T2'; T12, T12'; FT12). Fig. 3 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ przetwornika, zwłaszcza tranzystorowego przetwornika impedancji, o bardzo niskiej wartości rezystancji wyjściowej.

Znany układ przetwornika zawiera pierwszy tranzystor, do którego bazy doprowadza się sygnał wejściowy, drugi tranzystor, który jest komplementarny do pierwszgo, a którego baza połączona jest z emiterem pierwszego tranzystora, i którego emiter jest połączony z zaciskiem wyjściowym poprzez pierwszy rezystor. Przetwornik zawiera również układ doprowadzający prąd, który zapewnia w zasadzie jednakowy przepływ prądu przez odcinek emiter-kolektor. Tego rodzaju układ przetwornika jest znany z opisu patentowego DE 30 35 471 C2. Przedstawiony tam na fig. 3 układ składa się z dwóch połączonych ze sobą i tworzących kaskadę wtórników emiterowych. Z powodu dodatnich współczynników temperaturowych użytych tranzystorów bipolarnych, prąd spoczynkowy jest stabilizowany w komplementarnych stopniach poprzez pierwszy rezystor tworzący ujemne sprzężenie zwrotne. Przez to dochodzi do spadku napięcia zależnego od prądu wyjściowego na rezystorze ujemnego sprzężenia zwrotnego, co prowadzi do zmniejszenia napięcia wysterowania, ponieważ skok napięcia sterującego jest większy od skoku napięcia wyjściowego. Z tego powodu wtórnik emiterowy tej konfiguracji nie ma żądanych własności idealnego przetwornika impedancji, mianowicie bardzo małej rezystancji wyjściowej, która dąży do zera. W znanej technice układowej wada polegająca na tym, że wartość rezystancji wyjściowej nie może być dowolnie niska, jest często kompensowana poprzez silne ujemne sprzężenie zwrotne na wszystkich stopniach (wzmacniacza napięcia i prądu).

Próbowano również zmniejszyć negatywne działanie rezystora prądowego sprzężenia zwrotnego poprzez bocznikowanie tego rezystora diodami, poprzez układy odciążenia prądowego lub czwórnikowe układy mostkowe. Wszystkie te układy wymagają jednak z reguły kosztownych obwodów stabilizacji prądu spoczynkowego, selekcjonowanych tranzystorów oraz (przy układach czwórnikowych) trudnego pod względem pomiarowym projektu układu. Dioda przewodzi dopiero od napięcia 0,6 V, napięcie prądu spoczynkowego musi wynosić poniżej 0,6 V, tak więc regulacji prądu spoczynkowego nie można swobodnie przeprowadzić. W przypadku wzmacniaczy komplementarnych dochodzi w klasie A względnie AB do zniekształceń przesyłowych. Układy odciążenia prądowego umożliwiają przybliżenie do zerowej rezystancji wyjściowej jedynie przy stosunkowo dużych kosztach.

Koncepcja układu przedstawionego na wstępie ma tę zaletę, że wtórniki emiterowe, odwrotne względem siebie, przez które przepływają w zasadzie równe prądy, wpływają na kompensację nieliniowych charakterystyk tranzystorów. Znaną koncepcję układu stosuje się z reguły do wzmac4 168 169 maczy nie powodujących zniekształceń, jednak nie umożliwia ona zbudowania przetworników impedancji zbliżonych do ideału.

Z opisu patentowego EP 0209987 znany jest wzmacniacz buforowy o jednostkowym wzmocnieniu, który ma zredukowaną charakterystykę przejściową wejście-wyjście napięcia niezrównoważenia. Wykorzystana została kompensacja wpływu zmian napięcia baza-emiter i napięcia początkowego, z zastosowaniem symetrycznych gałęzi zawierających tranzstory o strukturze pnp i npn.

W opisie petentowym EP 0394807 przedstawiono stopień bufora napięciowego z niezależnym temperaturowo wyjściem, który zawiera pierwszy tranzystor o pierwszym rodzaju przewodności z zaciskami kolektora i emitera dołączonymi między zaciski napięcia zasilającego, i masy i zaciskiem bazy dołączonym do wejścia sygnału napięciowego oraz drugi tranzystor o przeciwnym rodzaju przewodności, z zaciskami kolektora i emitera dołączonymi odpowiednio między masę i zacisk napięcia zasilającego, i zaciskiem bazy połączonym z zaciskiem emitera pierwszego tranzystora. Ponadto, w stopniu bufora jest czujnik dla detekcji spadku napięcia baza-emiter drugiego tranzystora oraz źródło prądu sterowane przez czujnik spadku napięcia i wytwarzające prąd sterujący doprowadzany do pierwszego tranzystora. Tranzystor ten w sposób wymuszony pracuje ze spadkiem napięcia baza-emiter równym spadkowi napięcia baza-emiter drugiego tranzystora.

W opisie patentowym GB 1059112 przedstawiono wzmacniacz buforowy zawierający dwie pary tranzystorów. Tranzystory każdej pary są łączone kaskadowo pomiędzy wejściowym i wyjściowym zaciskiem układu, tak że wzmocnienie każdego tranzystora jest równe jedności. Drugi i czwarty tranzystor z dwu par tranzystorów stanowią przeciwosobny stopień wyjściowy. Wejście i wyjście elektrod każdego tranzystora są tak połączone, że wpływ różnicy potencjału pomiędzy wejściem i wyjściem pierwszego i trzeciego tranzystora na potencjał zacisku wejściowego jest przynajmniej częściowo skompensowany przez odpowiadającą różnicę potencjałów pomiędzy wejściową i wyjściową elektrodą drugiego i trzeciego tranzystora. Jeden tranzystor każdej pary jest typu npn, a drugi jest typu pnp. Przynajmniej jeden z tranzystorów jest połączony w układzie wtórnika emiterowego. Elektroda wyjściowa pierwszego lub trzeciego tranzystora i elektroda wejściowa drugiego lub czwartego tranzystora, połączone są przez diodę.

Ponadto, z opisu patentowego US 4 771 227 znany jest układ do redukcji impedancji wyjściowej tranzystora w układzie wtórnika emiterowego, w którym napięcie dodatniego sprzężenia zwrotnego proporcjonalne do prądu kolektora tranzystora w układzie wtórnika emiterowego jest doprowadzone do bazy tranzystora w układzie wtórnika emiterowego, gdy tranzystor ten dostarcza prąd do obciążania. Układ zawiera rezystorowo-stosunkowe źródło prądowe, dostarczające prąd kolektora do tranzystora w układzie wtórnika emiterowego, które wymusza prąd płynący przez rezystor dołączony do bazy tranzystora wyjściowego, proporcjonalny do prądu kolektora.

Układ przetwornika według wynalazku zawiera pierwszy tranzystor, do którego bazy doprowadza się sygnał wejściowy, komplementarny do pierwszego tranzystora drugi tranzystor, którego baza jest połączona z emiterem pierwszego tranzystora, i którego emiter jest połączony przez pierwszy rezystor z zaciskiem wyjściowym układu, oraz zawiera układ prądowego sprzężenia zwrotnego od wyjścia, sterujący przepływem prądu przez odcinek emiter-kolektor obu tranzystorów pierwszego i drugiego, we wzajemnej zależności. Układ ten charakteryzuje się, że z emiterem pierwszego tranzystora połączony jest drugi rezystor, przez który płynie prąd emiter-kolektor pierwszego tranzystora i który jest połączony przez emiter pierwszego tranzystora z bazą drugiego tranzystora.

Zarówno do drugiego rezystora, jak i pierwszego rezystora dołączony jest komplementarny tranzystor połączony szeregowo i pracujący jako dioda. Emiter pierwszego tranzystora oraz kolektor drugiego tranzystora dołączone są do układu doprowadzania prądu, który zawiera symetryczne źródło prądu z dwoma tranzystorami o połączonych bazach. Tranzystory symetrycznego źródła prądu mają tę samą polarność, jak przyporządkowany każdemu z nich pierwszy, względnie drugi tranzystor układu, który przewodzi jednakowy prąd. Każdy z tranzystorów, które przewodzą jednakowy prąd, są wykonane jako tranzystory podwójne na wspólnym podłożu. Korzystnym rozwiązaniem jest, gdy wszystkie symetrycznie skierowane do siebie tranzystory i ich rezystory są wykonane na wspólnym podłożu. Drugi rezystor jest korzystnie zwymiarowany w zależności względem pierwszego rezystora i w przypadku, gdy rezystancja pierwszego rezystora jest

168 169 większa od rezystancji drugiego rezystora, rezystancja wyjściowa jest dodatnia. W przypadku gdy rezystancja pierwszego rezystora jest mniejsza od rezystancji drugiego rezystora, rezystancja wyjściowa układu jest ujemna, a przy równych rezystancjach tych rezystorów, jest równa zeru. Rezystory symetrycznego źródła prądu są korzystnie zwymiarowane w zależności względem siebie i ustalają rezystancję wyjściową układu. Rezystory te, ustawione w symetrii pionowej i przewodzące jednakowy prąd, są zwymiarowane w zależności względem siebie i ustalają rezystancję wyjściową układu. Rezystory ustawione w symetrii osiowej są rezystorami nieliniowymi, o rezystancji zależnej od napięcia i o jednakowych charakterystykach. Korzystnie, rezystory te są bocznikowane wzdłuż osi symetrii.

Między bazami symetrycznych względem siebie drugich tranzystorów włączone jest źródło przedpięcia, dla ustawienia prądu spoczynkowego, które korzystnie jest liniowym rezystorem w ograniczającym bocznym odgałęzieniu prądu spoczynkowego. Źródło przedpięcia do ustawienia prądu spoczynkowego jest korzystnie zależnym od napięcia rezystorem w ograniczającym bocznym odgałęzieniu prądu spoczynkowego. Aktywne źródło przedpięcia stanowi gałąź ujemnego sprzężenia zwrotnego prądu spoczynkowego, przy czym źródło przedpięcia jest bezpośrednio sprzężone trmicznie z układem. Ponadto, między bazą i rezystorem emitera drugiego tranzystora włączone jest źródło przedpięcia dla ograniczania strat.

Korzystnie prąd spoczynkowy jest wzbudzony przez źródło prądu w bocznej gałęzi prądowej układu i/lub prąd spoczynkowy jest wzbudzony przez dodatkowe zasilanie z dwóch jednakowo zwymiarowanych źródeł prądu z obu stron napięcia zasilającego, przy czym prąd spoczynkowy jest ustalony przez regulowane źródła prądu.

Napięcie zasilające jest doprowadzone przez układ odciążenia prądowego, który to układ odciążenia prądowego stanowi korzystnie symetryczne źródło prądu. Końcówka kolektora zastępczej struktury tranzystorowej jest odsprzężona napięciowo przez układ odciążenia prądowego, przy czym układ jest wykonany w postaci komplementarnego układu przetwornika.

Układ według wynalazku stanowi korzystnie syntetyczną liniową zastępczą strukturę tranzystorową z końcówkami tranzystorowymi, przy czym końcówka zastępczej struktury tranzystorowej, doprowadzająca napięcie zasilające jest połączona z emiterem.

W korzystnym rozwiązaniu, pierwszy tranzystor układu wraz z drugim rezystorem i przyporządkowanym tranzystorem symetrycznego źródła prądu stanowi konfigurację z dwoma tranzystorami o tej samej polarności i włączonym w środek między nimi rezystorem. Konfiguracja ta jest współtworzona przez symetrycznie ustawione drugi tranzystor, rezystor włączony w środek i przyporządkowany tranzystor symetrycznego źródła prądu. W każdą gałąź mostka włączony jest rezystor, którego rezystancja odpowiada rezystancji pierwszego rezystora. W układzie mostkowym połączone są cztery jednakowe konfiguracje, a każde dwie symetryczne względem siebie konfiguracje tworzą gałęzie mostka połączone szeregowo. Utworzona struktura tranzystorowa stanowi uniwersalną strukturę tranzystorową jako jednostka konstrukcyjna.

Rozwiązanie według wynalazku w przykładach wykonania jest odtworzone na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia komplementarny układ przetwornika impedancji, fig. 2A - schemat układu przetwornika impedancji z symetrycznym źródłem prądu zawierającym dwa jednakowe tranzystory o symetrii poziomej, fig. 2B - wariant układu z fig. 2A z dodatkowymi tranzystorami pracującymi jak diody o symetrii poziomej, fig. 3 - warinat układu według fig. 2A oraz 2B z układem doprowadzenia prądu z komplementarnymi trynzystorami o symetrii pionowej, fig. 4 -schemat układu według fig. 3 z tranzystorami umieszczonymi parami na wspólnym podłożu, fig. 5A -komplementarny przetwornik impedancji odpowiadający układom z fig. 3 i 4 z odciążeniem prądowym i odgałęzieniem bocznym prądu spoczynkowego wewnątrz układu, fig. 5B komplementarny przetwornik impedancji odpowiadający układom z fig. 3 i 4 z podwójnie symetrycznym doprowadzeniem prądu spoczynkowego, fig. 5C - komplementarny przetwornik impedancji odpowiadający układowi z fig. 2B z jednakowymi, ale nieliniowymi rezystorami i aktywnym tranzystorowym źródłem przedpięcia w odgałęzieniu bocznym ograniczającym prąd, fig. 5D komplementarny przetwornik impedancji odpowiadający układom z fig. 3 i 4 z aktywnym źródłem przedpięcia, fig. 6 - uniwersalny podzespół tranzystorowy wykonany w technice układowej, odpowiadającej układom z fig. 3 i 4, fig. 7A - podzespół z lateralnym tranzystorem pnp, fig. 7B 6

168 169 podzespół z obwodem wyjściowym Darlingtona, fig. 7C - podzespół według fig. 6 w technice hybrydowej, fig. 7D - podzespół według fig. 6 w technice MOSFET bez dodatkowych rezystorów w obwodzie wyjściowym, fig. 8A - zintegrowany tranzystor mocy Darlingtona, fig. 8B - dyskretna budowa stopnia sterującego i odciążenia prądowego, fig. 8C - skompensowany wtórnik źródłowy, fig. 8D -wtórnik źródłowy z odciążeniem prądowym, fig. 9 - podzespół tranzystorowy pnp, fig. 10 -podzespół tranzystorowy npn, fig. 11 - zintegrowany obwód układu o uniwersalnym zastosowaniu, fig. 12 - podwójny obwód układu w technice komplementarnej, fig. 13 - podzespół tranzystorowy z układem odciążenia prądowego, fig. 14 - układ zmodyfikowany względem fig. 13, o identycznym działaniu.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 zacisk wejściowy A jest połączony z ruchomym stykiem potencjometru P doprowadzającego sygnał wejściowy. Z zaciskiem wejściowym A połączona jest baza pierwszego tranzystora bipolarnego T1, który jest tranzystorem npn oraz baza tranzystorowa T1' o odwrotnej polarności (pnp). Emiter tranzystora T1 połączony jest z bazą drugiego tranzystora T2, który jest również włączony jako wtórnik emiterowy i którego emiter jest połączony poprzez pierwszy rezstor R1 z zaciskiem wyjściowym B. W połączenie między emiterem pierwszego tranzystora T1 i bazą drugiego tranzystora T2 włączony jest drugi rezystor.

Doprowadzenie prądu do obydwu tranzystorów Tl i T2 następuje poprzez symetryczne źródło prądu, które składa się z dwóch tranzystorów T3 i T4 o połączonych ze sobą bazach. Ich emitery są połączone poprzez rezystor emiterowy R3 względnie R4 z ujemnym biegunem Dnapięcia zasilającego. Tranzystor T4 symetrycznego źródła prądu przyłączony do drugiego tranzystora T2 jest podłączony jako dioda, czyli jego kolektor jest bezpośrednio połączony z bazą. To znane symetryczne źródło prądu sprawia, że przez oba tranzystory Tl i T2 płyną równe prądy. Kolektor pierwszego tranzystora Tl jest przy tym połączony z dodatnim biegunem napięcia zasilającego D +. Spadek napięcia na pierwszym rezystorze R1, zmieniający się wraz z przenoszonym sygnałem zostaje dodany dokładnie w tej samej wielkości do sygnału wyjściowego, gdy drugi rezystor R2 ma tę samą rezystancję co pierwszy rezystor R1. Ponieważ przez oba rezystory R1, R2 płyną jednakowe prądy, spadki napięcia na nich są jednakowe. Gdyby nie było drugiego rezystora R2, napięcie sygnału wejściowego na emiterze pierwszego tranzystora T1 zostałoby zmniejszone o napięcie spadające na pierwszym rezystorze R1. Wskutek wzrostu napięcia na rezystorze R2 napięcie sygnału zostaje podwyższone o wielkość spadku na rezystorze R1, tak że napięcie E- na bazie drugiego tranzystora T2 odpowiada ujemnemu napięciu sygnału, zwiększonego przez spadek napięcia na rezystorze R2 (względnie R1). W układzie według wynalazku kompensują się więc nie tylko nieliniowe drogi diodowe obu tranzystorów T1, T2, ale również spadki napięcia na rezystorach R1 i R2, jeśli ich rezystancje są jednakowe. Dzięki temu można zrealizować przetwornik impedancji o zerowej rezystancji wyjściowej. W przypadku wyboru R1<R2, rezystancja wyjściowa pozostaje dodatnia, zaś przy R1>R2 staje się ona ujemna. Układ połączeń na fig. 1 jest układem komplementarnym. Połowa układu przewidziana dla dodatniego napięcia sygnału odpowiada opisanej połowie układu dla ujemnego napięcia sygnału i jest oznaczona odpowiednimi liczbami uzupełnionymi przez apostrof.

Między biegunami D + względnie D- napięcia zasilającego i odpowiadającymi im bazami tranzystorów T3 i T4 są umieszczone diody Zenera ZD1 i ZD1', które ograniczają maksymalny prąd płynący przez tranzystory T1, T2 lub tranzystory T3, T4 w przypadku wystąpienia zwarcia na zacisku wyjściowym.

Dioda Zenera ZD2 umieszczona między bazami tranzystorów T2 oraz T2' ustala punkt roboczy według charakterystyk tranzystorów T2, T2'. Rezystor R5 połączony z kolektorami obydwu tranzystorów T4 oraz T4' tworzy boczne odgałęzienie prądu spoczynkowego i umożliw ia przepływ prądu spoczynkowego w momencie włączenia układu.

Na figurze 2A przedstawiono zasadniczy układ przetwornika impedancji z symetrycznym źródłem prądu, odpowiadający układowi z fig. 1. Dwa w miarę możliwości jednakowe tranzystory T3 oraz T4 tworzą symetryczne źródło prądu i powodują, ze przez komplementarne względem siebie tranzystory Tl oraz T2, płynie jednakowy prąd.

Aby osiągnąć pożądany rezultat dla każdego punktu pracy, muszą być jednakowe nie tylko charakterystyki tranzystorów T3, T4, lecz również w miarę możliwości także charakterystyki

168 169 komplementarnych tranzystorów T1, T2. Działanie układu polega zatem na poziomej symetrii między parami tranzystorów T3, T4 oraz T1, T2. Spełnienie warunku symetryczności jest dla komplementarnych tranzystorów T1, T2 możliwe jedynie w przybliżeniu.

Na figurze 2B przedstawiono, jak tranzystor wejściowy oraz wyjściowy są uzupełnione przez komplementarne tranzystory pracujące jako diody (T5, T6). Poprzez szeregowe włączenie dwóch różnych odcinków diodowych przy poziomej symetrii tranzystora i tranzystora pracującego jako dioda po obu stronach uzyskuje się jednakową charakterystykę. Układ jest wykonany w symetrii poziomej i przy dostatecznie dokładnym wykonaniu tranzystorów osiąga się całkowitą kompensację zniekształceń charakterystyki sterowania.

Na figurze 3 przedstawiono wariant układu z fig. 2, oparty na innej zasadzie działania. Tranzystory T11 i T12 są połączone ze sobą w podobny sposób, jak tranzystory Tl i T2 w układzie według fig. 2. Tranzystor T13 jest połączony szeregowo z odcinkiem kolektor-emiter tranzystora T 11w podobny sposób, co tranzystor T3 na fig. 2. Tranzystor T14 ma inną polarność niż tranzystor T13, a jego emiter jest połączony z kolektorem tranzystora T12 poprzez rezystor R4. Przy takim wykonaniu układu istnieje symetria pionowa, ponieważ tranzystory T11i T13 są tego symego typu, mianowicie pnp, zaś tranzystory T12 i T14 są tranzystorami npn.

Na figurze 4 przedstawiono układ, w którym tranzystor pnp T11i T13 korzystnie umieszczone są we wspólnym układzie scalonym, aby ich charakterystyki były jednakowe. Również tranzystory npn T12 oraz T14 są umieszczone w jednym układzie scalonym. Rezystory R1, R2, R3, R4 są korzystnie parami umieszczone w jednakowy sposób, tak że uzyskuje się dokładną symetrię pionową. Zasada działania tego układu nie polega tylko na tym, że w obydwu tranzystorach Tl i T2 płyną przez symetryczne źródło prądu jednakowe prądy, lecz na tym, że wskutek symetrii połączenie ma postać mostka, w którego gałęziach powstają jednakowe napięcia, tak że napięcie wejściowe na bazie tranzystora T11 wobec potencjału odniesienia jest równe napięciu wyjściowemu powstającemu na rezystorze obciążenia L. Przy tym w obu gałęziach T11, T13 lub T12, T14 mogą płynąć zupełnie różne prądy, nie zakłócając kompensacji nieliniowych charakterystyk tranzystorów od T11 do T14. Rezystory R 1do R4 muszą przy tym zostać dobrane odpowiednio do różnych prądów.

W układach według fig. 3 i 4 zastosowano komplementarnie umieszczone symetryczne źródło prądu, a układy opierają się na budowie o symetrii pionowej, przy której jednakowo obciążone błędem tranzystory npn po jednej stronie są dokładnie kompensowane przez dwa (na ogół w inny sposób) obciążone błędem, lecz jednakowe tranzystory npn po drugiej stronie.

Na fig. 5 A przedstawiony jest układ, który w istocie odpowiada budowie układu z fig. 1, ale w którym zrealizowano zasadę układu z fig. 3 i 4. Przez równoległe dołączenie do każdej diody Zenera ZD1 i ZD1' kondensatora C1, C1' uzyskuje się kompensację sprzężenia zwrotnego dodatniego, zależnego od częstotliwości. Przez symetryczne źródło prądu zbudowane z dwóch tranzystorów T15 i T16 względnie T15' i T16' komplementarny przetwornik impedancji może zostać odciążony prądowo i służy tym samy jedynie jako układ sterujący. Źródło prądu I1 w bocznym odgałęzieniu układu służy do tego, aby prąd spoczynkowy w układzie powstał dopiero po włączeniu napięcia zasilającego Ub. W stanie włączonym prąd ze źródła prądowego I1 płynie przez komplementarne symetryczne źródło prądu (T13, T14, T13', T14') do źródła przedpięcia zD2.

Na figurze 5B przedstawiono, jak można uniknąć dodatkowego obciążenia prądu spoczynkowego komplementarnego symetrycznego źródła prądu, które zakłóca symetrię pionową. Oba równoważne źródła prądu 12') dostarczają prąd bezpośrednio do źródła przedpięcia ZD2.

Dla źródła przedpięcia ZD2 można zastosować również podzespół o nieco mniejszej impedancji, jak na przykład zwykły rezystor, ponieważ istnieje tu ograniczający obwód sprzężenia zwrotnego prądu spoczynkowego. Rezystor może pobrać tylko tyle prądu, ile mogą wydać źródła prądu (12 lub I1). Każdy dalszy wzrost napięcia na rezystorze jest związany z poborem prądu z układu, którego efektem jest spadek wydajności sprzężenia zwrotnego całego układu. Przebieg ten stabilizuje prąd spoczynkowy.

Możliwe jest też częstotliwościowe dostrajanie źródeł prądu.

Na figurze 5C przedstawiony jest układ zrealizowany według fig. 2B. Liniowe rezystory są zastąpione tranzystorami polowymi pracującymi jak diody, których charakterystyka napięciowoprądowa jest nieliniowa. W ten sposób można uzyskać rezystory zależne od napięcia, które w

168 169 swoich charakterystykach i związanych z nimi rezystancjach wewnętrznych są jednakowe. Symetria pozostaje zachowana.

Przyczyna zastosowania nieliniowych rezystorow wynika z niesymetrycznego rozdziału napięcia i prądu pomiędzy górną i dolną częścią komplementarnego układu. Przy wysterowaniu sygnałem i jednakowych wewnątrzukładowych skokach napięcia w górnej i dolnej części układu występuje na przykład większy o kilka rzędów wielkości przyrost prądu w górnej części układu, niż zmniejszenie prądu w dolnej części. Układ pracuje w dynamicznie rozszerzonym zakresie klasy A i wymaga zmniejszonego prądu spoczynkowego dla określonej mocy wyjściowej.

Źródło przedpięcia ZD2 jest wykonane jako odcinek diodowy w bocznym odgałęzieniu układu ograniczającym prąd spoczynkowy.

Na figurze 5D przedstawiono aktywne, termicznie sprzężone tranzystorowe źródło przedpięcia zawierające tranzystory T7, T8 w układzie według fig. 5B. Tranzystorowe źródło przedpięcia przedstawiają wysoko stabilny sterowany napięciem rezystor, który jest sterowany przez napięcie na obu końcówkach bazowych komplementarnych tranzystorów. Nadmierny wzrost prądu spoczynkowego albo prądu zostaje odpowiednio odprowadzony przewodami kolektorowymi do odgałęzienia bocznego, stanowiącego źródło przedpięcia.

Układ według wynalazku w ścisłej symetrii pionowej umożliwia uniwersalne zastosowania.

Na figurze 6 przedstawiono podzespół bez połączeń drutowych, którego technika układowa odpowiada układowi z fig. 3. Połączenie końcówki napięcia zasilającego UB pierwszego tranzystora T11, T14 z emiterem drugiego tranzystora T12, T13 oszczędza zewnętrzną końcówkę podzespołu.

Końcówka bazy Bp tranzystora T14 może zostać podłączona jako baza struktury tranzystorowej npn. Przez połączenie kolektora Cn i bazy Bn tranzystora T12 z końcówką emitera tranzystora T12 na wolnym końcu rezystora R1 (Ep) i kolektora tranzystora T14 (Cp) z końcówką emitera T13 od drugiej strony rezystora R3 (E3) oba te połączenia tworzą emiter i kolektor tranzystora npn.

Podzespół przedstawiony na fig. 6 można zastosować w podobny jest jako tranzystor pnp, przy czym baza tranzystora T11 (Bn) zostanie użyta jako wejście bazowe. Pozostałe końcówki uniwersalnego układu z fig. 6 mogą zostać zastosowane dla celów kompensacji i strojenia.

Na figurze 7A do 7D przedstawiono różne zestawione ze sobą podzespoły z zachowaną symetrią pionową. Na fig. 7D przedstawiono podzespół wykonany w technice MOSFET z tranzystorami polowymi FT11 do FT14 i dodatkowym obwodem wyjściowym bez rezystancji. Jest to możliwe przy dostatecznie dużej rezystancji wewnętrznej źródła tranzystorowego i wystarczającej równości charakterystyk obu tranzystorów FT11, FT13.

Ponieważ warunkiem symetrii pionowej jest wyłącznie identyczność połączonych szeregowo podzespołów wzmacniających, uniwersalny podzespół z fig. 6 można łatwo wykonać także w technice hybrydowej, przy czym na przykład dwa tranzystory polowe FT11 i FT13 są korzystnie połączone z dwoma bipolarnymi tranzystorami T12 i T14 w jeden podzespół.

Na figurze 8A do 8D przedstawiono różne zastosowania tranzystorów mocy, przy czym uniwersalny obwód układu służy zarówno jako stopień sterujący dla nieliniowego pracującego źródła prądu mocy, jak również do usuwania zniekształceń napięcia sterującego dla wtórnika emiterowego mocy lub wtórnika źródła.

Na figurze 9 i 10 przedstawione są dwa specjalne układy tranzystorowe w technice pnp i npn. Oba układy różnią się jedynie komplmentarnym wykonaniem tranzystorów T11 do T14. Tworzą one syntetycznie liniowe zastępcze struktury tranzystorowe.

Na figurze 11 przedstawiono uniwersalną strukturę odpowiadającą układowi z fig. 6, o postaci zintegrowanego układu z symetrycznie ustawionymi diodami Zenera ZD1 i ZD3 jako diodami ochronnymi.

Wykonanie obwodu układu według fig. 11 polegające na komplementarnym podwojeniu prowadzi do obwodu układu przedstawionegogo na fig. 12, w którym nie ma połączeń drutowych i który ma ponad 20 końcówek. Oczywiście można bez trudności zmniejszyć liczbę końcówek, zmieniając uprzednio wewnątrzny układ połączeń.

Struktury przedstawione na fig. od 6 do 12 można stosować uniwersalnie i można ich uzyć w różnorodny sposób, uzalezniony jedynie od zewnętrznych układów. W szczególności można

168 169 wykonać idealne tranzystory, również wolne od strat napięcia wyjściowego, które przy zachowaniu symetrii pionowej według fig. 3 i 4 są całkowicie skompensowane pod względem charakterystyki i temperatury.

Bez dalszych problemów można wykonać tranzystory według fig. 9 i 10 jako tranzystory mocy, w których tranzystory T13 oraz T14 są wykonane w układzie Darlingtona i nadają się tym samym do dostarczania mocy. Oczywiście jest przy tym również możliwe wykonanie tranzystorów T11 i T12 jako układów Darlingtona, aby uzyskać całkowitą strukturę Darlingtona, która prowadzi do zmniejszenia prądu bazowego.

Na figurze 13 przedstawiono syntetyczną tranzystorową strukturę, zastępczą, która zawiera układ przetwornika, w zasadzie odpowiadający układowi z fig. 3. Do bazy tranzystora T11 dołączona jest końcówka bazy B, a do jego kolektora, końcówka emitera E. Końcówka kolektora C jest odsprzężona od układu przetwornika przez dalsze symetryczne źródło prądu T15, T16. Do symetrycznego źródła prądu przez oddzielną końcówkę doprowadzone jest napięcie zasilające UB. Przedstawiona tutaj struktura tranzystorowa z końcówkami B, E i C umożliwia jednakowe ustawienie potencjałów napięcia spoczynkowego na wszystkich trzech końcówkach B, E i C.

Na figurze 14 przedstawiono również tranzystorową strukturę zastępczą z końcówkami B, E i C, przy czym odciążenie prądowe jest przejmowane przez tranzystor T16', który wraz z tranzystorem T14 tworzy symetryczne źródło prądu. Tranzystor T14 jest więc wykorzystywany podwójnie w dwóch symetrycznych źródłach prądu T13, T14 i T14, T16'. Dzięki pojemności kolektor-baza tranzystora T16' zachodzi pojemnościowe zwrotne oddziaływanie kolektora na układ przetwornika.

Podzespoły przestawione na fig. 13 i 14 umożliwiają wzmocnienie napięcia, przy czym wzmocnione napięcie pobiera się na potencjałach równych potencjałowi wejściowemu, tak że bez problemów można szeregowo podłączać więcej stopni.

Fig. 2 A syMETevaw£

ŹRÓDŁO

PRĄDU

Fig. 2 B

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5 A

Fig. 5 B

Fig. 5 C

Fig. 6

Fig. 8 C

Fig. 8 D

Fig. 3

Fig. 10

c

P

B

P

COMP

TRIM

E

P

Fig. 1

E C

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz

Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ przetwornika, zawierający pierwszy tranzystor, do którego bazy doprowadza się sygnał wejściowy, komplementarny do pierwszego tranzystora drugi tranzystor, którego baza jest połączona z emiterem pierwszego tranzystora, i którego emiter jest połączony przez pierwszy rezystor z zaciskiem wyjściowym układu, oraz zawierający układ prądowego sprzężenia zwrotnego od wyjścia, sterujący przepływem prądu przez odcinek emiter-kolektor obu tranzystorów pierwszego i drugiego, we wzajemnej zależności, znamienny tym, że z emiterem pierwszego tranzystora (T1, T1'; T11, T11'; FT11) połączony jest drugi rezystor (R2, R2'), przez który płynie prąd emiterkolektor pierwszego tranzystora (T1, T1'; T11, T11'; FT11) i który jest połączony przez emiter pierszego tranzystora (T1, T1'; T11, T11'; FT11) z bazą drugiego tranzystora (T2, T2'; T12, T12'; FT12).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zarówno do drugiego rezystora (R2, R2'), jak i pierwszego rezystora (R1, R1') dołączony jest komplementarny tranzystor (T5, T6; T5', T6') połączony szeregowo i pracujący jako dioda.
3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że emiter pierwszego tranzystora (T1, T1'; T11, T11'; FT11) oraz kolektor drugiego tranzystora (T2, T2'; T12, T12'; FT12) dołączone są do układu doprowadzania prądu, który zawiera symetryczne źródło prądu z dwoma trynzystorami o połączonych bazach (T3, T4; T3', T4'; T13, T14; T13', T14'; FT13, FT14), przy czym tranzystory symetrycznego źródła prądu mają tę samą polarność, jak przyporządkowany każdemu z nich pierwszy, względnie drugi tranzystor (T1, T1'; T11, T11'; FT11; T2, T2'; T12, T12'; FT12) przewodzące jednakowy prąd.
4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że każdy z tranzystorów, które przewodzą jednakowy prąd, są wykonane jako tranzystory podwójne na wspólnym podłożu.
5. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że wszystkie symetrycznie skierowane do siebie tranzystory i ich rezystory są wykonane na wspólnym podłożu.
6. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że drugi rezystor (R2, R2') jest zwymiarowany w zależności względem pierwszego rezystora (R1, R1') i przy R1>R2 rezystancja wyjściowa układu jest dodatnia, przy R1<R2 ujemna, a przy R1 = R2 równa zeru, przy czym rezystory (R3, R4; R3', R4') symetrycznego źródła prądu są zwymiarowane w zależności względem siebie i ustalają rezystancję wyjściową układu, a ponadto rezystory (R1, R4; R2, R3) ustawione w symetrii pionowej i przewodzące jednakowy prąd są zwymiarowane w zależności względem siebie i ustalają rezystancję wyjściową układu.
7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że rezystory ustawione w symetrii osiowej są rezystorami nieliniowymi, o rezystancji zależnej od napięcia i o jednakowych charakterystykach, a ponadto rezystory te są bocznikowane wzdłuż osi symetrii.
8. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że między bazami symetrycznych względem siebie drugich tranzystorów (T2, T2'; T12, T12'; FT12) włączone jest źródło przedpięcia (ZD2) dla ustawienia prądu spoczynkowego, które korzystnie jest liniowym rezystorem w ograniczającym bocznym odgałęzieniu prądu spoczynkowego, przy czym źródło przedpięcia do ustawienia prądu spoczynkowego jest zależnym od napięcia rezystorem w ograniczającym bocznym odgałęzieniu prądu spoczynkowego, a aktywne źródło przedpięcia stanowi gałąź ujemnego sprzężenia zwrotnego prądu spoczynkowego, przy czym źródło przedpięcia jest bezpośrednio sprzężone termicznie z układem, a ponadto między bazą i rezystorem emitera drugiego tranzystora (T2, T2'; T12, T12'; FT12) włączone jest źródło przedpięcia (ZD1, ZD1') dla ograniczania strat.
9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że prąd spoczynkowy jest wzbudzony przez źródło prądu w bocznej gałęzi prądowej układu i/lub prąd spoczynkowy jest wzbudzony przez dodatkowe zasilanie z dwóch jednakowo zwymiarowanych źródeł prądu z obu stron napięcia zasilającego, a ponadto prąd spoczynkowy jest ustalony przez regulowane źródła prądu.

168 169
10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że napięcie zasilające (UB) jest doprowadzone przez układ odciążenia prądowego (T15, T16; T13, T16'), który to układ odciążenia prądowego stanowi korzystnie symetryczne źródło prądu, a końcówka kolektora (C) zastępczej struktury tranzystorowej jest odsprzężona napięciowo przez układ odciążenia prądowego (T15, T16; T13, T16'), przy czym układ jest wykonany w postaci komplementarnego układu przetwornika.
11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że stanowi syntetyczną liniową zastępczą strukturę tranzystorową z końcówkami tranzystorowymi (B, E, C, UB), przy czym końcówki zastępczej struktury tranzystorowej, doprowadzające napięcie zasilające (UB) i emitera (E), są połączone.
12. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że pierwszy tranzystor układu wraz z drugim rezystorem i przyporządkowanym tranzystorem symetrycznego źródła prądu stanowi konfigurację z dwoma tranzystorami o tej samej polarności i włączonym w środek między nimi rezystorem, współtworzoną przez symetrycznie ustawione drugi tranzystor, rezystor włączony w środek i przyporządkowany tranzystor symetrycznego źródła prądu, a w każdą gałąź mostka włączony jest rezystor, którego rezystancja odpowiada rezystancji pierwszego rezystora (R1, R1'), przy czym w układzie mostkowym połączone są cztery jednakowe konfiguracje, a każde dwie symetryczne względem siebie konfiguracje tworzą gałęzie mostka połączone szeregowo, przy czym utworzona struktura tranzystorowa stanowi uniwersalną strukturę tranzystorową jako jednostka konstrukcyjna.