Регенеративный параллельно-балансный каскад
Радио, 1991, №2
История радиотехники не насчитывает и ста лет, а такие понятия, как антенна, супергетеродин, громкоговоритель, усилитель кажутся нам существовавшими всегда. В развитии этой области техники участвовало столько людей, что теперь мало кто помнит создателей триггера, каскода, каскада с общей сеткой и других радиотехнических устройств.
Однако время изобретений продолжается. Об одном из них говорится во французском патенте № 2.619.972 от 31.08.1987 г. Это - регенеративный параллельно-балансный каскад. Получил его наш соотечественник А. Будённый, который четверть века назад был одним из авторов журнала «Радио», а теперь живёт и работает в Париже.
- За прошедшие годы,- рассказывает Анатолий Павлович,- я стал профессионалом, решил множество научных задач, защищённых и авторскими свидетельствами, и патентами. Но вот что интересно. Когда я у себя на родине встречаюсь с людьми, интересующимися радиоэлектроникой, никто не вспоминает моих профессиональных достижений, а помнят только мои статьи в журнале «Радио». Даже совсем молодые люди, услышав мою фамилию, вспоминали, например, мою статью о стабилизаторах, не боящихся коротких замыканий, и приносили затёртый журнал четвертьвековой давности. Поэтому, сделав моё очередное профессиональное изобретение, я решил познакомить с ним тех, кто занимается радиотехникой не из-за славы и материальной выгоды, а по душевному влечению.
Принципиальная схема каскада показана на рис. 1. Он выполнен на четырёх транзисторах VT1 - VT4, охваченных положительной обратной связью. Устройство похоже на триггер, но работает оно иначе. Допустим, что его входное напряжение равно нулю. Тогда, если каскад находится в устойчивом состоянии, а это наблюдается при подключении входа к общему проводу, как показано на рис. 1, то общий ток I0 распределится поровну между транзисторами. Если же подать на вход напряжение, например, 0,1 мВ то приращение напряжения через эмиттерный повторитель на транзисторе VT3 поступит на базу транзистора VT2. В результате ток, протекающий через него и через транзистор VT4, начнёт расти, а ток, протекающий через транзистор VT1, падать. Как следствие этого, напряжение на эмиттере транзистора VT3 будет увеличиваться, а ток его уменьшаться, и гак до тех пор, пока весь ток не будет протекать через транзисторы VT2, VT4.
Рис. 1.
Если коллекторный ток транзисторов слабо зависит от напряжения и коэффициент их усиления достаточно велик, положительная обратная связь и добавочное усиление также может быть достаточно велико.
Для тех, кто хорошо владеет расчётами, привожу формулу, с помощью которой можно рассчитать амплитудную характеристику каскада:
где ψθ - температурный потенциал (для исследованных автором транзисторов равен 30,5 мВ);
i4 - ток транзистора VT4;
I0 - суммарный ток регенеративного параллельно-балансного каскада;
h21б - коэффициент усиления транзисторов по току.
Рис. 2.
На рис. 2 показаны зависимости токов транзисторов VT4 и VT3 от входного напряжения. Следует отметить, что при положительном входном напряжении транзистор VT3 закрывается. Напряжение, необходимое для переключении каскада, составляет единицы милливольт/ При включении в коллекторные цепи транзисторов нагрузочных элементов (резистор, контур и т. д.) усиление описываемого каскада значительно превышает усиление обычного каскада. Это позволяет использовать его при разработке твёрдотельных ОУ без резисторов, работающих в наноамперном диапазоне токов а также логических элементов с перепадом логического уровня в сотые доли вольта. Важно, что каскад имеет отрицательное входное сопротивление и устойчив к короткому замыканию. При включении LC-контура в базовую или коллекторную цепи транзистора VT1 каскад может выполнять функции генератора. Большая чувствительность каскада позволяет использовать его в качестве реле для температурных датчиков, причём при соответствующей организации тепловой связи можно реализовать переключение с периодом в несколько секунд. Пригоден каскад и для работы в гетеродинах и преобразователях частоты радиоприёмников.
При использовании кремниевых транзисторов падение напряжении на резисторе R1 и на контуре L1C1 не должно превышать 0,3...0,4 В, иначе они будут насыщаться. Чтобы этого не произошло, коллекторные цепи транзисторов полезно подключить к источнику положительного напряжения.
А. БУДЁННЫЙ, Москва