Push-pull voltage buffer with improved load capacity

Abstract

У статті розглянуто метод підвищення навантажувальної здатності високолінійних двотактних пристроїв-буферів напруги, побудованих на біполярних транзисторах. Буферні пристрої призначені для узгодження імпедансу генератора сигналу з імпедансом навантаження, по суті є підсилювачами потужності та діють як перетворювач імпедансу з високим вхідним і низьким вихідним імпедансом із коефіцієнтом передавання напруги, максимально близьким до одиниці. Найпоширенішою є побудова буферних пристроїв на основі операційних підсилювачів з глибоким зворотним зв'язком у режимі повторювача напруги. Нині особливу увагу також приділяють двотактним схемам буферних пристроїв, які розглянуто в цій статті. Важливою характеристикою буферних пристроїв є навантажувальна здатність, і для її покращення (зменшення вихідного опору) таких буферних пристроїв запропоновано метод, що ґрунтується на введенні підсилювача в двотактне вихідне коло постійного струму. Він здатний забезпечити високу лінійність передавальної характеристики та необхідну швидкодію. Запропоновано нові способи структурної та функціональної організації ядра прецизійних буферних пристроїв з високим і надвисоким вхідним опором та вихідного двотактного підсилювача струму з різними коефіцієнтами підсилення. Проведено схемотехнічний аналіз статичних характеристик окремих вузлів, вхідного опору, навантажувальної здатності та коефіцієнта підсилення за струмом. Доведено, що цей метод дає змогу значно покращити навантажувальну здатність буфера напруги.e. W artykule rozważono metodę zwiększenia obciążalności wysokoliniowych urządzeń buforujących napięcie typu push-pull zbudowanych na tranzystorach bipolarnych. Urządzenia buforowe są zaprojektowane tak, aby dopasować impedancję generatora sygnału do impedancji obciążenia i są zasadniczo wzmacniaczami mocy i działają jako konwerter impedancji o wysokiej impedancji wejściowej i niskiej impedancji wyjściowej ze współczynnikiem przenoszenia napięcia jak najbliżej jedności. Najbardziej powszechna jest konstrukcja urządzeń buforowych opartych na wzmacniaczach operacyjnych z głębokim sprzężeniem zwrotnym w trybie wtórnika napięciowego. Obecnie szczególną uwagę zwraca się również na obwody push-pull urządzeń buforowych, które są rozważane w tym artykule. Ważną cechą urządzeń buforowych jest obciążalność i aby ją poprawić (zmniejszyć rezystancję wyjściową) takich urządzeń buforowych, zaproponowano metodę opartą na wprowadzeniu wzmacniacza do obwodu wyjściowego push-pull DC. Jest on w stanie zapewnić wysoką liniowość charakterystyki transmisji i wymaganą prędkość. Zaproponowano nowe metody strukturalnej i funkcjonalnej organizacji rdzenia precyzyjnych urządzeń buforowych o wysokiej i bardzo wysokiej rezystancji wejściowej oraz wyjściowego wzmacniacza prądowego typu push-pull o różnych współczynnikach wzmocnienia. Przeprowadzono schematyczną analizę charakterystyk statycznych określonych węzłów, rezystancji wejściowej, obciążalności i współczynnika wzmocnienia prądu. Udowodniono, że metoda ta pozwala znacznie poprawić obciążalność bufora napięcia.The article considers a method of increasing the load capacity of high-linear push-pull voltage buffer devices built on bipolar transistors. Buffer devices are designed to match the impedance of the signal generator to the impedance of the load and are essentially power amplifiers and act as an impedance converter with high input and low output impedances with a voltage transfer factor as close to unity as possible. The most common is the construction of buffer devices based on operational amplifiers with deep feedback in the voltage follower mode. At the present time, special attention is also drawn to push-pull circuits of buffer devices, which are considered in this article. An important characteristic of buffer devices is the load capacity, and to improve it (reduce the output resistance) of such buffer devices, a method based on the introduction of a push-pull DC output amplifier into the circuit is proposed. It is able to provide high linearity of the transmission characteristics and the required speed. New methods of structural and functional organization of the core of precision buffer devices with high and very high input resistance and the output push-pull current amplifier with different amplification factors are proposed. A schematic analysis of the static characteristics of the specified nodes, input resistance, load capacity and current amplification factor was performed. It has been proven that this method allows to significantly improve the load capacity of the voltage buffer.