RU2427071C1 - Широкополосный усилитель - Google Patents
Широкополосный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427071C1 RU2427071C1 RU2010121636/09A RU2010121636A RU2427071C1 RU 2427071 C1 RU2427071 C1 RU 2427071C1 RU 2010121636/09 A RU2010121636/09 A RU 2010121636/09A RU 2010121636 A RU2010121636 A RU 2010121636A RU 2427071 C1 RU2427071 C1 RU 2427071C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- transistor
- current
- collector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ- и СВЧ-диапазонов). Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента усиления по напряжению (Ку). Это позволяет в ряде случаев исключить дополнительные каскады усиления, уменьшить общее энергопотребление в сравнении с многокаскадными усилителями. Широкополосный усилитель содержит первый (1) входной транзистор (Т), коллектор которого через первый (2) токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой (3) шиной источника питания (ИП), а также связан с базой выходного Т (4) и первым токовым входом (5) устройства, второй (6) входной Т, коллектор которого соединен с базой второго (6) входного Т, а также с базой первого (1) входного Т, эмиттером выходного (4) Т и вторым (7) токовым входом устройства, а эмиттер соединен с эмиттером первого (1) входного Т и подключен ко второй (8) шине ИП, резистор коллекторной нагрузки (9), первый вывод которого связан с коллектором выходного Т (4) и выходом устройства. Второй вывод резистора коллекторной нагрузки (9) соединен с первой (3) шиной ИП через дополнительный резистор (10), а через неинвертирущий повторитель тока (11) соединен со вторым (7) токовым входом устройства. 2 з.п. ф-лы, 8 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 в широкополосных и избирательных усилителях ВЧ- и СВЧ-диапазонов).
В современной микроэлектронике находят широкое применение классические широкополосные усилители (ШУ) с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь выходного транзистора токовых зеркал [1÷11]. На основе таких ШУ реализуется широкополосный спектр радиоэлектронных изделий, в том числе преобразователи двух противофазных сигналов в однофазный сигнал.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ШУ фиг.1 по патенту фирмы Philips US № 3.697.882.
Существенный недостаток известного ШУ, архитектура которого присутствует также во многих других широкополосных усилителях [1÷11], состоит в том, что при ограничениях на напряжение питания (Еп), характерных для SiGe технологических процессов (Еп≤2,0÷2,5 В), его коэффициент усиления по напряжению (Ку) получается небольшим (Kymax=10÷20). В первую очередь это обусловлено ограничениями на сопротивления резисторов коллекторной нагрузки, которые из-за малых Еп не могут выбираться высокоомными.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента усиления по напряжению (Ку). Это позволяет в ряде случаев исключить дополнительные каскады усиления, уменьшить общее энергопотребление в сравнении с многокаскадными усилителями.
Поставленная задача решается тем, что в широкополосном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, коллектор которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 3 шиной источника питания, а также связан с базой выходного транзистора 4 и первым токовым входом 5 устройства, второй 6 входной транзистор, коллектор которого соединен с базой второго 6 входного транзистора, а также с базой первого 1 входного транзистора, эмиттером выходного 4 транзистора и вторым 7 токовым входом устройства, а эмиттер соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора и подключен ко второй 8 шине источников питания, резистор коллекторной нагрузки 9, первый вывод которого связан с коллектором выходного транзистора 4 и выходом устройства, предусмотрены новые элементы и связи - второй вывод резистора коллекторной нагрузки 9 соединен с первой 3 шиной источника питания через дополнительный резистор 10 и через неинвертирующий повторитель тока 11 соединен со вторым 7 токовым входом устройства.
Схема усилителя-прототипа в ее основных модификациях, представленных в патенте US № 3.697.882, показана на фиг.1-3. На фиг.4 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.
На фиг.5 показана схема ШУ в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения, а на фиг.6 - ШУ фиг.5 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW.
На фиг.7 представлены амплитудно-частотные характеристики схемы фиг.6 при разных значениях емкости конденсатора Cc. Из данных графиков следует, что ШУ по п.1 формулы изобретения имеет коэффициент усиления Ку на 19 дБ больше (т.е. почти в 10 раз), чем ШУ-прототип.
На фиг.8 приведены графики зависимости коэффициента шума схемы фиг.6 от частоты.
Широкополосный усилитель фиг.4 содержит первый 1 входной транзистор, коллектор которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 3 шиной источника питания, а также связан с базой выходного транзистора 4 и первым токовым входом 5 устройства, второй 6 входной транзистор, коллектор которого соединен с базой второго 6 входного транзистора, а также с базой первого 1 входного транзистора, эмиттером выходного 4 транзистора и вторым 7 токовым входом устройства, а эмиттер соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора и подключен ко второй 8 шине источников питания, резистор коллекторной нагрузки 9, первый вывод которого связан с коллектором выходного транзистора 4 и выходом устройства. Второй вывод резистора коллекторной нагрузки 9 соединен с первой 3 шиной источника питания через дополнительный резистор 10, а через неинвертирующий повторитель тока 11 соединен со вторым 7 токовым входом устройства.
На фиг.5, в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения, неинвертирующий повторитель тока 11 выполнен на основе корректирующего конденсатора 12.
В соответствии с п.3 формулы изобретения неинвертирующий повторитель тока 11 ШУ фиг.4 может содержать двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением, включенный между входом и выходом неинвертирующего повторителя тока 11. В частном случае его роль может выполнять стабилитрон.
Рассмотрим работу ШУ фиг.5.
Предельный коэффициент усиления по напряжению ШУ фиг.5 определяется сопротивлением R9 двухполюсника коллекторной нагрузки 9:
где - крутизна усиления ШУ в режиме короткого замыкания по выходу, зависящая от сопротивления эмиттерного перехода входных транзисторов 13 и 14.
Более высокие значения Ку в диапазоне разных частот реализуются в схеме фиг.5 при введении элементов 10 и 12.
Действительно, комплексный коэффициент передачи по напряжению ШУ фиг.5 определяется по формуле:
Если емкость конденсатора 12 равна нулю, то для ШУ фиг.5 при условии, что R9>>R10>>rэ4:
где R9 - сопротивление двухполюсника коллекторной нагрузки 9.
То есть (3) - это формула для Ку.п. усилителя-прототипа.
Комплекс эквивалентной нагрузки в узле «А» ШУ фиг.5 можно найти по формуле:
После преобразований последней формулы находим
Поэтому коэффициент усиления по напряжению ШУ фиг.5
Выигрыш по Ку, который дает схема ШУ фиг.5 в сравнении с прототипом фиг.1 - фиг.3, можно оценить с помощью, в общем случае, комплексного масштабного коэффициента
Если ω=0, то т.е. на постоянном токе выигрыш по Ку отсутствует. При , , в области средних частот, когда можно пренебрегать влиянием емкости конденсатора 12, реализуется значительный выигрыш по коэффициенту усиления:
В схеме ШУ фиг.5 статический режим транзисторов 13, 14, 1 и 17 устанавливается двухполюсниками 15, 2 и 18.
Полученные теоретические выводы подтверждают графики фиг.7 и 8.
Анализ графика фиг.8 показывает, что при введении емкости коррекции 12, различных номиналов, коэффициент шума схемы ШУ остается на уровне прототипа, когда С12=0.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями основных качественных показателей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент SE № 362177, fig.1.
2. Патент NL № 6915477.
3. Патент FR № 2065259.
4. Патент US № 3.697.882.
5. Патент JP № 49005655.
6. Патент США № 4.250.460.
7. Патент США № 3.569.848, fig.7.
8. Патент RU № 2193273, фиг.2.
9. Патент США № 4.366.442, fig.
10. Патент США № 4.072.907.
11. Патент США № 3.843.935.
Claims (3)
1. Широкополосный усилитель, содержащий первый (1) входной транзистор, коллектор которого через первый (2) токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой (3) шиной источника питания, а также связан с базой выходного транзистора (4) и первым токовым входом (5) устройства, второй (6) входной транзистор, коллектор которого соединен с базой второго (6) входного транзистора, а также с базой первого (1) входного транзистора, эмиттером выходного (4) транзистора и вторым (7) токовым входом устройства, а эмиттер соединен с эмиттером первого (1) входного транзистора и подключен ко второй (8) шине источников питания, резистор коллекторной нагрузки (9), первый вывод которого связан с коллектором выходного транзистора (4) и выходом устройства, отличающийся тем, что второй вывод резистора коллекторной нагрузки (9) соединен с первой (3) шиной источника питания через дополнительный резистор (10) и через неинвертирующий повторитель тока (11) соединен со вторым (7) токовым входом устройства.
2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что неинвертирующий повторитель тока (11) выполнен на основе корректирующего конденсатора (12).
3. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что неинвертирующий повторитель тока (11) содержит двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением, включенный между входом и выходом неинвертирующего повторителя тока (11).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010121636/09A RU2427071C1 (ru) | 2010-05-27 | 2010-05-27 | Широкополосный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010121636/09A RU2427071C1 (ru) | 2010-05-27 | 2010-05-27 | Широкополосный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2427071C1 true RU2427071C1 (ru) | 2011-08-20 |
Family
ID=44755910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010121636/09A RU2427071C1 (ru) | 2010-05-27 | 2010-05-27 | Широкополосный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2427071C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487466C1 (ru) * | 2012-03-01 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель с парафазным выходом |
RU2519006C2 (ru) * | 2012-07-30 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель свч диапазона |
RU2522042C1 (ru) * | 2013-04-26 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки |
RU2534972C1 (ru) * | 2013-04-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный неинвертирующий усилитель с малым уровнем нелинейных искажений и шумов |
RU2536671C1 (ru) * | 2013-06-18 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Быстродействующий истоковый повторитель напряжения |
-
2010
- 2010-05-27 RU RU2010121636/09A patent/RU2427071C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487466C1 (ru) * | 2012-03-01 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель с парафазным выходом |
RU2519006C2 (ru) * | 2012-07-30 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель свч диапазона |
RU2534972C1 (ru) * | 2013-04-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный неинвертирующий усилитель с малым уровнем нелинейных искажений и шумов |
RU2522042C1 (ru) * | 2013-04-26 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки |
RU2536671C1 (ru) * | 2013-06-18 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Быстродействующий истоковый повторитель напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2427071C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2419197C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
RU2428786C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2432669C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
US9263993B2 (en) | Low pass filter with common-mode noise reduction | |
RU2421879C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
CN101978600B (zh) | 电容乘法器电路 | |
RU2421880C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2416146C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
KR102318334B1 (ko) | 영역 효율적 기저대역 필터 | |
RU2536672C1 (ru) | Составной транзистор с малой выходной емкостью | |
RU2422981C1 (ru) | Дифференциальный усилитель переменного тока | |
RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2432667C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
RU2468503C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2321158C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2396698C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2439780C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2421896C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
RU2515538C1 (ru) | Широкополосный усилитель на основе каскада с общей базой (или с общим эмиттером) | |
RU2419199C1 (ru) | Драйвер дифференциальной линии связи | |
RU2432668C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2331968C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130528 |