专利名称：低输入电容的电压跟随器的制作方法
技术领域：
本新型涉及一种低输入电容的电压跟随器装置，适用于探取检测电压，特别是高阻抗点上的电压，例如电压探头，并适宜于模块化或集成化工艺生产。
有源视频(高频)电压探头，多为互补复合电路跟随器，并且其输入晶体管多采用场效应管，次级多采用双极型管为共射放大级。它具有最接近于1的电压增益，最高的输入阻抗和最低的输出电阻(最大的负载能力)，并有结构简单的优点。
在通常情况下，以互补复合电路为等效晶体管所构成的跟随器，其电压增很接近于1，由跟随作用极度减小了输入晶体管栅源或基射间等效电容(包括线路间杂散电容)，但栅漏或基集间等效电容(包括线路间杂散电容)未能减小，成为跟随器输入电容的主要部分。因而互补复合电路跟随器的输入电容尚常在2pf以上。常用仪器外接的探头，总输入电容更大，难以小于5pf，即使采用同电位屏蔽，也只能减小对地杂散电容。在高阻抗点上探取检测电压，这一输入电容的分路影响是很大的。
另一种高输入阻抗的跟随器为共漏共集(相当于达林顿电路)组合跟随器，其中应用自举使输入晶体管栅漏间等效电容减小，但由于其电压增益较小，减小输入电容总的效果并不见佳。另一方面，自举耦合电容常要有较大的值而需用电解电容器，也不利于模块化工艺生产。
本新型的主要目的是针对上述二种目前最佳的跟随器电路的缺点，减小跟随器，特别是互补复合电路跟随器的输入电容，制造低输入电容的跟随器装置，并适宜于模块化或集成化工艺生产。
本新型的跟随器装置，其特征在于具有讯号定向耦合电路接于输入晶体管反相端，跟随器输出端，在互补复合电路跟随器还有次级放大器输入端，之间。讯号定向耦合电路由放大器所构成，因而不增加跟随器负载，不减小跟随器电压增益，以跟随器输出讯号电压自举输入晶体管反相端，使该端也跟随输入讯号电压，从而同样减小跟随器输入端与该端间等效电容(包括线路间杂散电容)，达到减小跟随器输入电容的目的。
图1为本新型跟随器装置的结构图图2为本新型跟随器装置中的讯号定向耦合电路结构图3为本新型跟随器装置中的互补复合电路结构图4为本新型跟随器装置中的互补复合电路跟随器电路结构本新型所要解决的问题关键，特别是在互补复合电路跟随器中，以输出讯号电压自举输入晶体管漏极或集极，而次级放大器不受这自举的负反馈影响，保持原来的放大作用，使互补复合电路保持原来的等效跨导或等效电流放大系数，跟随器保持很接近于1的电压增益，则输入晶体管栅漏或基集间等效电容也同样减小。本新型依此所设计的跟随器装置，其结构如图1。
图1中，(1)为输入放大级，(2)为次级放大器，(3)为讯号定向耦合电路，I为输入端(也可以有一个探针)，O为输出端，虚线框为外壳。它们组成一个跟随器装置。
本新型的工作原理如下常用的互补复合电路跟随器实质上是二级放大器加串联电压负反馈(系数为1)所构成。它们的晶体管极性互补，因而其级间耦合和负反馈耦合都能直接连线(极性非互补时，差别仅在于耦合，而工作原理相同)。在互补复合电路跟随器为输入放大级(1)和次级放大器(2)之间，插接入一个讯号定向耦合电路(3)。讯号定号定向耦合电路(3)由放大器构成，具有三个讯号端，B为电压输入端，A为电流输入端和同相电压输出端，C为同相电流输出端。即端B到端A起具有电流放大的电压单向耦合作用，和端C无关；端A到端C起电流单向耦合作用，和端B无关。端A和输入放大级(1)的反相输出端相接，端B和跟随器输出端O相接，端C和次级放大器(2)的输入端相接。则讯号定向耦合电路(3)只是，将输入放大级(1)的输出电流单向耦合给次级放大器(2)的输入端，将跟随器输出讯号电压单向耦合到输入放大级(1)的反相输出端而不加重跟随器负载。这样，次级放大器(2)接受输入放大级(1)的输出电流，不受跟随器输出讯号电压的影响而保持原来的放大作用，互补复合电路保持原来的等效跨导或等效电流放大系数，跟随器保持很接近于1的电压增益；输入放大级(1)的反相输出端受跟随器输出讯号电压自举，也跟随输入讯号电压。于是，输入放大级(1)的输入端和反相输出端间等效电容(包括线路间杂散电容)也同样减小，使跟随器输入电容减小至很低的值。
如果图1跟随器装置，略去次级放大器(2)，则输入放大级(1)成为单级跟随器，讯号定向耦合电路(3)从端B到端A的电压单向耦合作用同样以跟随器输出讯号电压自举放大级(1)的晶体管反相端，减小输入电容。如果放大级(1)以达林顿电路为等效晶体管构成跟随器，或其他多级组合跟随器，讯号定向耦合电路(3)的端A接输入跟随级的晶体管反相端，端B接任一跟随级的输出端，减小输入电容，也能有较好效果。
以下结合附图，进一步说明本新型的实施例。
图2为本新型跟随器装置中的讯号定向耦合电路(3)的结构。它由晶体管(或放大电路等效晶体管)T3，基极(或栅极)的偏置和耦合回路(5)所组成。A端为晶体管T3射极，B端为晶体管T3基极耦合回路的另一端，C端为晶体管T3集极。正常工作的晶体管，电流放大系数在几十以上，射极电流和集极电流近似相等，基极电流相对很小；射结电压几乎不变，其上几无讯号电压，射极电压由基极电压决定；集极输出阻抗很高，集极电流与集结电压几无关系。当射极回路阻抗不太低，基极回路阻抗不太高，集极回路阻抗不太高时，输入射极的电流和集极输出的电流近似相等，晶体管T3呈共基组态放大器，并且不影响基极，也不受基极电压的影响；输入基极的讯号电压和射极输出的讯号电压近似相等，晶体管T3呈共集组态放大器(跟随器)，不直接影响集极，也不受集结电压影响。所以，讯号定向耦合电路(3)，从B端到A端起具有电流放大的电压单向耦合作用，从A端到C端起电流单向耦合作用。
图3为本新型跟随器装置中的互补复合电路结构。它由输入晶体管T1，次级互补晶体管T2，图2的讯号定向耦合电路(3)所组成。讯号定向耦合电路(3)的A端接输入晶体管T1输出端，C端接至次级晶体管T2输入端，B端接至晶体管T2输出端。晶体管T1输出电流由A端到C端几无衰减地单向耦合给晶体管T2输入端，B端和C端之间有集结隔离，故晶体管T2的放大作用不受影响。这一新的互补复合电路也等效于一个晶体管，保持原来的互补复合电路的等效跨导或等效电流放大系数。在互补复合电路中，晶体管讯号定向耦合电路(3)在T1和T2之间，即A端和晶体管T1输出端，C端和晶体管T2输入端，如晶体管T3极性合适也可用直接耦合。
图4为本新型跟随器装置的互补复合电路跟随器电路基本结构。它由输入端隔直电容C1，图3的互补复合电路，输入晶体管T1的输入端电阻RC和输入端的偏置和自举耦合回路(4)，次级晶体管T2的输入端电阻RB(兼晶体管T3的集极电阻)，直流负载RL和输出端隔直电容C2所组成。在跟随器中，讯号定向耦合电路(3)的B端亦即接至跟随器输出端，跟随器输出讯号电压耦合到晶体管T3基极，由于晶体管T3射极的跟随作用，几无衰减地自举与之相连的输入晶体管T1输出端。讯号定向耦合电路的B端和C端之间有晶体管T3集结隔离，次级晶体管T2不受这自举的负反馈影响，保持原来的放大作用，互补复合电路保持原来的等效跨导或等效电流放大系数。在通常情况下，跟随器的电压增益很接近于1，输入晶体管的输入端和输出端间等效电容也同样减小，因而跟随器的输入电容减小为很低的值。
图2的讯号定向耦合电路(3)用于单级跟随器或多级组合跟随器装置时，其C端可接至电源端。
本新型跟随器装置即使以普通分立元件，如T1为高频n沟道场效应管，T2为高频pnp管，T3为高频npn管，按图4的基本结构形式组成，电压增益很容易达到0.95～0.99的范围，如电压增益为0.98时，输入电容可低到0.1pf；如以0.95计，输入电容低于0.3pf，即输入电容有数量级的减小。如本装置外形为通常的探头，再应用自举的同电位屏蔽，总的输入电容也能有数量级的减小。
具体实施，本新型跟随器装置中的偏置和耦合回路(4)和(5)，如用电阻和电容所组成，即使考虑频响到视频(音频)最低端，耦合电容采用高介瓷片电容器即可，故本跟随器装置在以普通分立元件装制外，也适合于模块化工艺生产(或厚膜电路)。如应用直流电平位移耦合电路，则模块化或集成化工艺生产都是适宜的。这时，跟随器电路内部的频响从直流开始，不大的输入端隔直电容(输出端隔直电容必要时可外接)，就能使本装置的频响低端在1HZ以下。
本新型跟随器装置再一个优点是不需电路调整，故其特性稳定可靠。
权利要求1.一种低输入电容的跟随器装置，其特征在于跟随器电路结构中接有讯号定向耦合电路(3)。
2.根据权利要求1的跟随器装置，其特征在于讯号定向耦合电路(3)由放大器或晶体管及其偏置和耦合回路(5)所组成。
3.根据权利要求1的跟随器装置，其特征在于讯号定向耦合电路(3)的A端接于互补复合电路跟随器中输入放大级(1)的输出端，B端接于跟随器的输出端，C端接于跟随器中次级放大器(2)的输入端。
4.根据权利要求1的跟随器装置，其特征在于讯号定向耦合电路(3)的A端接于多级组合跟随器中输入跟随级的或单级跟随器的晶体管反相端，B端接于跟随器中任一跟随级的输出端。
专利摘要一种低输入电容的电压跟随器装置。适用于探取检测电压。特别是高阻抗点上的电压。例如电压探头。并适宜于模块化或集成化工艺生产。本装置含有一个由晶体管构成的讯号定向耦合电路。它不增加跟随器负载。不减小跟随器电压增益。特别是互补复合电路跟随器。以跟随器输出讯号电压自举输入晶体管反相端。使该端也跟随输入讯号电压。从而数量级地减小输入电容。
文档编号H03F3/50GK2054593SQ8821173
公开日1990年3月14日 申请日期1988年5月5日 优先权日1988年5月5日
发明者杨耀鑫 申请人:杨耀鑫