RU2419197C1 - Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению - Google Patents
Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419197C1 RU2419197C1 RU2010103471/09A RU2010103471A RU2419197C1 RU 2419197 C1 RU2419197 C1 RU 2419197C1 RU 2010103471/09 A RU2010103471/09 A RU 2010103471/09A RU 2010103471 A RU2010103471 A RU 2010103471A RU 2419197 C1 RU2419197 C1 RU 2419197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- emitter
- collector
- current
- output transistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано для усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, СВЧ операционных усилителях, компараторах, буферных усилителях и т.п.). Технический результат: получение более высокого Ку при использовании в качестве двухполюсников нагрузки низкоомных резисторов, а также сохранение важнейших характеристик ДУ-прототипа, связанных с симметричным выполнением выходных транзисторов (смещение нуля UCM, температурный дрейф UCM и т.п.). Дифференциальный усилитель (ДУ) содержит входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, связанными с первыми выводами соответствующих первого (4) и второго (5) вспомогательных двухполюсников (ДП) и базами соответствующих первого (6) и второго (7) выходных транзисторов (Т), первый (8) токостабилизирующий ДП, связанный первым выводом с выходом устройства и эмиттером второго (7) выходного Т, а вторым выводом - с шиной первого (9) источника питания (ИП), второй (10) ИП, связанный с коллектором второго (7) выходного Т, причем вторые выводы первого (4) и второго (5) ДП соединены с коллектором первого Т (6). Эмиттер первого Т (6) соединен с эмиттером второго Т (7), а коллектор первого Т (6) связан с шиной второго (10) ИП через второй (11) токостабилизирующий ДП. 7 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, СВЧ операционных усилителях, компараторах, буферных усилителях и т.п.).
В современной микроэлектронике широкое распространение получили простейшие двухкаскадные дифференциальные усилители на основе входного параллельно-балансного каскада, с симметричной резистивной нагрузкой и выходных эмиттерных повторителей [1-12]. Благодаря простоте эти ДУ стали основой многих функциональных узлов и IP-модулей устройств связи, автоматики и управления.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является дифференциальный усилитель (ДУ) (фиг.1), рассмотренный в патентной заявке США № 2005/0110571, fig.6 и fig.7. Эта же структура присутствует в патентах [1-11]. Однако при реализации ДУ данного класса по внедряемым во многих микроэлектронных фирмах новым SiGe-техпроцессам (например, SOB25VD) их коэффициент усиления по напряжению получается небольшим. Действительно, при низковольтном питании из-за физических ограничений в транзисторах коэффициент усиления классической схемы ДУ (фиг.1) для несимметричного выхода «Вых.1.» определяется по формуле
φТ=26 мВ - температурный потенциал.
Таким образом, существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что при малых напряжениях питания его коэффициент усиления по напряжению Kу получается небольшим.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в получении более высокого Kу при использовании в качестве двухполюсников нагрузки низкоомных резисторов, а также сохранении важнейших характеристик ДУ-прототипа, связанных с симметричным выполнением выходных транзисторов (смещение нуля Uсм, температурный дрейф Uсм и т.п.).
Поставленная задача достигается тем, что в ДУ (фиг.1), содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, связанными с первыми выводами соответствующих первого 4 и второго 5 вспомогательных двухполюсников и соответствующих первого 6 и второго 7 выходных транзисторов, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, связанный первым выводом с выходом устройства и эмиттером второго 7 выходного транзистора, а вторым выводом - с шиной первого 9 источника питания, второй 10 источник питания, связанный с коллектором второго 7 выходного транзистора, причем вторые выводы первого 4 и второго 5 вспомогательных двухполюсников соединены с коллектором первого 6 выходного транзистора, предусмотрены новые элементы связи - эмиттер первого 6 выходного транзистора соединен с эмиттером второго 7 выходного транзистора, а коллектор первого 6 выходного транзистора связан с шиной второго 10 источника питания через второй 11 токостабилизирующий двухполюсник.
На чертеже фиг.1. представлена схема ДУ-прототипа.
На чертеже фиг.2 показана схема заявляемого ДУ в соответствии с формулой изобретения,
На чертеже фиг.3 показана схема фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов IHP для случая, когда в качестве вспомогательных двухполюсников 4 и 5 используются резисторы.
На чертеже фиг.4 представлена зависимость коэффициентов усиления ДУ без обратной связи (верхний график) и ДУ со 100% обратной связью (нижний график) от частоты. Графики фиг.4 показывают, что заявляемый ДУ имеет верхнюю граничную частоту по уровню - 3 дБ более 1 ГТЦ при коэффициенте усиления около 50 дБ. В схеме с обратной связью заявляемое устройство обеспечивает высококачественное повторение СВЧ сигналов.
На чертеже фиг. 5 показана схема 2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов IHP для случая, когда в качестве вспомогательных двухполюсников 4 и 5 используются p-n переходы.
На чертеже фиг. 6 представлена зависимость коэффициентов усиления ДУ фиг. 5 без обратной связи (верхний график) и ДУ со 100% обратной связью (нижний график) от частоты. Графики фиг. 6 показывают, что при использовании в качестве вспомогательных двухполюсников 4 и 5 p-n переходов диапазон рабочих частот заявляемого ДУ со 100% обратной связью достигает 10 ГГц.
На чертеже фиг.7 приведен график выходного напряжения ДУ фиг.5 со 100% обратной связью и частотой входного сигнала 10 МГц.
Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению (фиг.2) содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, связанными с первыми выводами соответствующих первого 4 и второго 5 вспомогательных двухполюсников и базами соответствующих первого 6 и второго 7 выходных транзисторов, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, связанный первым выводом с выходом устройства и эмиттером второго 7 выходного транзистора, а вторым выводом - с шиной первого 9 источника питания, второй 10 источник питания, связанный с коллектором второго 7 выходного транзистора, причем вторые выводы первого 4 и второго 5 вспомогательных двухполюсников соединены с коллектором первого 6 выходного транзистора. Эмиттер первого 6 выходного транзистора соединен с эмиттером второго 7 выходного транзистора, а коллектор первого 6 выходного транзистора связан с шиной второго 10 источника питания через второй 11 токостабилизирующий двухполюсник. В частном случае входной дифференциальный каскад 1 выполнен на транзисторах 12 и 13 и двухполюснике 14.
Рассмотрим далее работу схемы фиг. 2 при подаче на левый вход (Вх.1) положительной полуволны входного сигнала uвх. Изменение uвx приводит к увеличению эмиттерного тока транзистора 12 и уменьшению эмиттерного тока транзистора 13:
где rэi - сопротивление эмиттерных переходов транзисторов 12 и 13.
Как следствие, уменьшается напряжение u3 на вспомогательном двухполюснике 5, которое через эмиттерный повторитель на втором выходном транзисторе 7 с единичным коэффициентом передается на выход устройства и эмиттер транзистора 6.
Напряжение uвых несколько подзапирает транзистор 6, что приводит к увеличению напряжения на втором токостабилизирующем двухполюснике 11.
В связи с тем, что в схеме фиг. 2 uвых≈u3≈u2, эквивалентные сопротивления в узлах 2 и 3 существенно повышаются. Это позволяет увеличить Ку схемы фиг. 2 более чем на порядок (до 50 дБ) при сохранении за счет симметрии на постоянном токе высокой стабильности нуля (Uсм=20÷100 мкВ). В рамках техпроцесса SGB25VD в качестве второго токостабилизирующего двухполюсника могут использоваться полевые транзисторы или резисторы.
Данные теоретические выводы соответствуют результатам компьютерного моделирования схем фиг.3, фиг.5, представленным графиками фиг.4, фиг.6.
Следует также заметить, что при использовании в качестве вспомогательных двухполюсников 4 и 5 p-n переходов с малыми дифференциальными сопротивлениями (25÷50 Ом) коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг. 5 получается достаточно высоким (Ку.max>40 дБ, фиг.6). Схема фиг.5 обеспечивает качественное усиление синусоидальных сигналов (фиг.7).
Таким образом, заявляемое устройство выполняет функции дифференциального усилителя с одним выходом при высокой стабильности нуля (при Ку>50 дБ).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патентная заявка США № 2009/108882, fig.3.
2. Патентная заявка США № 2005/0088232, fig.1.
3. Патент Франции № 2409640, fig.1.
4. Патентная США № 2009/0221259, fig.13.
5. Патентная заявка США № 2005/020041.4.
6. Патент США № 4.680.553, fig.13.
7. Патентная заявка США № 2004/0046592, fig.2.
8. Патент США № 4.276.485, fig.1.
9. Патент JP № 54079553, fig.1.
10. Патент GB № 2008883, fig.1.
11. Патент США № 6.462.6.18.
12. Патентная заявка США № 2005/0110571, fig.6, fig.7.
Claims (1)
- Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, связанными с первыми выводами соответствующих первого (4) и второго (5) вспомогательных двухполюсников и базами соответствующих первого (6) и второго (7) выходных транзисторов, первый (8) токостабилизирующий двухполюсник, связанный первым выводом с выходом устройства и эмиттером второго (7) выходного транзистора, а вторым выводом - с шиной первого (9) источника питания, второй (10) источник питания, связанный с коллектором второго (7) выходного транзистора, причем вторые выводы первого (4) и второго (5) вспомогательных двухполюсников соединены с коллектором первого (6) выходного транзистора, отличающийся тем, что эмиттер первого (6) выходного транзистора соединен с эмиттером второго (7) выходного транзистора, а коллектор первого (6) выходного транзистора связан с шиной второго (10) источника питания через второй (11) токостабилизирующий двухполюсник.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103471/09A RU2419197C1 (ru) | 2010-02-02 | 2010-02-02 | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103471/09A RU2419197C1 (ru) | 2010-02-02 | 2010-02-02 | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2419197C1 true RU2419197C1 (ru) | 2011-05-20 |
Family
ID=44733824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010103471/09A RU2419197C1 (ru) | 2010-02-02 | 2010-02-02 | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2419197C1 (ru) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710298C1 (ru) * | 2019-08-21 | 2019-12-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Неинвертирующий усилитель с токовым выходом для работы при низких температурах |
RU2710930C1 (ru) * | 2019-07-15 | 2020-01-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный усилитель на комплементарных полевых транзисторах с повышенной стабильностью статического режима |
RU2710923C1 (ru) * | 2019-06-19 | 2020-01-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Буферный усилитель на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом для работы при низких температурах |
RU2710917C1 (ru) * | 2019-08-21 | 2020-01-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Выходной каскад аналоговых микросхем на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом |
RU2711725C1 (ru) * | 2019-06-20 | 2020-01-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Быстродействующий выходной каскад аналоговых микросхем на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом для работы при низких температурах |
RU2712414C1 (ru) * | 2019-08-21 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный каскад на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом класса ав с изменяемым напряжением ограничения проходной характеристики |
RU2712411C1 (ru) * | 2019-10-11 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Промежуточный каскад cjfet операционного усилителя с парафазным токовым выходом |
RU2712416C1 (ru) * | 2019-07-16 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Входной дифференциальный каскад на комплементарных полевых транзисторах для работы при низких температурах |
RU2712410C1 (ru) * | 2019-07-03 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Буферный усилитель с малым напряжением смещения нуля на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
RU2720554C1 (ru) * | 2019-11-21 | 2020-05-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Неинвертирующее токовое зеркало на комплементарных полевых транзисторах с управляющим pn-переходом для работы при низких температурах |
RU2720555C1 (ru) * | 2019-10-11 | 2020-05-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Промежуточный каскад операционного усилителя с парафазным выходом на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
RU2732583C1 (ru) * | 2020-01-30 | 2020-09-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Низкотемпературный операционный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
RU2736548C1 (ru) * | 2020-06-08 | 2020-11-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Компенсационный стабилизатор напряжения на полевых транзисторах для работы при низких температурах |
RU2766868C1 (ru) * | 2021-09-08 | 2022-03-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Арсенид-галлиевый буферный усилитель |
RU2784376C1 (ru) * | 2022-08-13 | 2022-11-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | АРСЕНИД-ГАЛЛИЕВЫЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ n-КАНАЛЬНЫХ ПОЛЕВЫХ И p-n-p БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ |
-
2010
- 2010-02-02 RU RU2010103471/09A patent/RU2419197C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710923C1 (ru) * | 2019-06-19 | 2020-01-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Буферный усилитель на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом для работы при низких температурах |
RU2711725C1 (ru) * | 2019-06-20 | 2020-01-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Быстродействующий выходной каскад аналоговых микросхем на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом для работы при низких температурах |
RU2712410C1 (ru) * | 2019-07-03 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Буферный усилитель с малым напряжением смещения нуля на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
RU2710930C1 (ru) * | 2019-07-15 | 2020-01-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный усилитель на комплементарных полевых транзисторах с повышенной стабильностью статического режима |
RU2712416C1 (ru) * | 2019-07-16 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Входной дифференциальный каскад на комплементарных полевых транзисторах для работы при низких температурах |
RU2712414C1 (ru) * | 2019-08-21 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный каскад на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом класса ав с изменяемым напряжением ограничения проходной характеристики |
RU2710298C1 (ru) * | 2019-08-21 | 2019-12-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Неинвертирующий усилитель с токовым выходом для работы при низких температурах |
RU2710917C1 (ru) * | 2019-08-21 | 2020-01-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Выходной каскад аналоговых микросхем на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом |
RU2720555C1 (ru) * | 2019-10-11 | 2020-05-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Промежуточный каскад операционного усилителя с парафазным выходом на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
RU2712411C1 (ru) * | 2019-10-11 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Промежуточный каскад cjfet операционного усилителя с парафазным токовым выходом |
RU2720554C1 (ru) * | 2019-11-21 | 2020-05-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Неинвертирующее токовое зеркало на комплементарных полевых транзисторах с управляющим pn-переходом для работы при низких температурах |
RU2732583C1 (ru) * | 2020-01-30 | 2020-09-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Низкотемпературный операционный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
RU2736548C1 (ru) * | 2020-06-08 | 2020-11-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Компенсационный стабилизатор напряжения на полевых транзисторах для работы при низких температурах |
RU2766868C1 (ru) * | 2021-09-08 | 2022-03-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Арсенид-галлиевый буферный усилитель |
RU2784376C1 (ru) * | 2022-08-13 | 2022-11-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | АРСЕНИД-ГАЛЛИЕВЫЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ n-КАНАЛЬНЫХ ПОЛЕВЫХ И p-n-p БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ |
RU2786630C1 (ru) * | 2022-09-19 | 2022-12-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА АВ НА n-p-n БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ |
RU2796638C1 (ru) * | 2023-02-22 | 2023-05-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Биполярно-полевой арсенид-галлиевый буферный усилитель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419197C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
Hedayati et al. | A monolithic, 500 C operational amplifier in 4H-SiC bipolar technology | |
RU2428786C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2380824C1 (ru) | Усилитель переменного тока с управляемым усилением | |
RU2390916C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2413355C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
RU2321156C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2396699C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенным входным дифференциальным сопротивлением | |
RU2439780C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2432667C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2321159C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
RU2390912C2 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2421893C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
RU2475942C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2396698C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2320078C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
RU2439694C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
RU2432668C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2444114C1 (ru) | Операционный усилитель с низкоомной нагрузкой | |
RU2390914C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130203 |