RU2428786C1 - Каскодный усилитель - Google Patents
Каскодный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428786C1 RU2428786C1 RU2010120969/09A RU2010120969A RU2428786C1 RU 2428786 C1 RU2428786 C1 RU 2428786C1 RU 2010120969/09 A RU2010120969/09 A RU 2010120969/09A RU 2010120969 A RU2010120969 A RU 2010120969A RU 2428786 C1 RU2428786 C1 RU 2428786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- emitter
- collector
- output transistor
- transistor
- 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: повышение коэффициента усиления по напряжению. Это позволяет в ряде случаев исключить дополнительные каскады усиления, уменьшить общее энергопотребление в сравнении с многокаскадными усилителями. Каскодный усилитель содержит входной транзистор (1), база которого соединена с цепью установления статического режима (2) и через разделительный конденсатор (3) связана с источником сигнала (4), эмиттер по переменному току соединен с первой (5) шиной источников питания, а коллектор подключен к эмиттеру выходного транзистора (6), цепь смещения потенциалов (7), связанную с базой выходного транзистора (6), двухполюсник коллекторной нагрузки (8), первый вывод которого соединен с коллектором выходного транзистора (6) и выходом устройства, вторую шину источников питания. Второй вывод двухполюсника коллекторной нагрузки (8) соединен со второй (9) шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник (10) и через вспомогательный двухполюсник (11) соединен с эмиттером выходного транзистора (6). 1 з.п. ф-лы, 10 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, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов).
В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодные усилители (КУ) с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь входного транзистора - каскада с общим эмиттером [1-19].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является КУ фиг.1 по патенту США №3.882.410, фиг.3.
Существенный недостаток известного КУ, архитектура которого присутствует также во многих других каскодных усилителях [1-19], 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. 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 входной транзистор 1, база которого соединена с цепью установления статического режима 2 и через разделительный конденсатор 3 связана с источником сигнала 4, эмиттер по переменному току соединен с первой 5 шиной источников питания, а коллектор подключен к эмиттеру выходного транзистора 6, цепь смещения потенциалов 7, связанную с базой выходного транзистора 6, двухполюсник коллекторной нагрузки 8, первый вывод которого соединен с коллектором выходного транзистора 6 и выходом устройства, вторую шину источников питания, предусмотрены новые элементы и связи - второй вывод двухполюсника коллекторной нагрузки 8 соединен со второй 9 шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 10 и через вспомогательный двухполюсник 11 соединен с эмиттером выходного транзистора 6. В качестве вспомогательного двухполюсника 11 могут применяться конденсаторы или источники опорного напряжения.
Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения для случая, когда вспомогательный двухполюсник 11 - конденсатор.
На чертеже фиг.3 показана схема КУ-прототипа, а на чертеже фиг.4 - заявляемого КУ в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW.
На чертеже фиг.5 представлены амплитудно-частотные характеристики сравниваемых схем фиг.3 и фиг.4. Из данных графиков следует, что КУ по п.1 формулы изобретения имеет коэффициент усиления Ку на 12 дБ больше, чем КУ-прототип.
На чертеже фиг.6 приведена схема КУ в соответствии с п.2 формулы изобретения, а на чертеже фиг.7 - пример конкретного выполнения его дополнительного дифференциального усилителя напряжения 15.
На чертеже фиг.8 представлена схема фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW.
На чертеже фиг.9 показана схема КУ фиг.7 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW.
На чертеже фиг.10 приведены амплитудно-частотные характеристики сравниваемых схем фиг.3 (прототип, нижний график), фиг.8 (заявляемый КУ по п.1 формулы изобретения, средний график) и фиг.9 (заявляемый КУ по п.2 формулы изобретения, верхний график).
Данные графики показывают, что схема фиг.8 по п.1 формулы изобретения имеет более высокое усиление, чем КУ фиг.3. В свою очередь, КУ фиг.9 (п.2 формулы изобретения) имеет еще более высокое усиление, чем КУ по п.1 формулы изобретения, которое на 30 дБ превышает Ку усилителя-прототипа.
Каскодный усилитель фиг.2 содержит входной транзистор 1, база которого соединена с цепью установления статического режима 2 и через разделительный конденсатор 3 связана с источником сигнала 4, эмиттер по переменному току соединен с первой 5 шиной источников питания, а коллектор подключен к эмиттеру выходного транзистора 6, цепь смещения потенциалов 7, связанную с базой выходного транзистора 6, двухполюсник коллекторной нагрузки 8, первый вывод которого соединен с коллектором выходного транзистора 6 и выходом устройства, вторую шину источников питания. Второй вывод двухполюсника коллекторной нагрузки 8 соединен со второй 9 шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 10 и через вспомогательный двухполюсник 11, например конденсатор или стабилитрон, соединен с эмиттером выходного транзистора 6. В частном случае цепь установления статического режима 2 содержит источник тока 12, р-n переход 13 и резистор 14.
На чертеже фиг.6, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в качестве цепи смещения потенциалов 7 используется выход дополнительного дифференциального усилителя напряжения 15, инвертирующий вход которого соединен с эмиттером выходного транзистора 6, а неинвертирующий вход подключен к источнику опорного напряжения 16. В частном случае (фиг.7) дополнительный дифференциальный усилитель напряжения 15 реализован на транзисторе 17, а в качестве источника опорного напряжения 16 используется общая шина источников питания.
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.
Предельный коэффициент усиления по напряжению КУ фиг.1 определяется сопротивлением R8 двухполюсника коллекторной нагрузки:
где S1≈(rэ1)-1 - крутизна усиления ШУ в режиме короткого замыкания по выходу, зависящая от сопротивления эмиттерного перехода (rэ1) входного транзистора 1.
Покажем аналитически, что более высокие значения Ку в диапазоне средних частот реализуются в схеме фиг.2, а еще более высокий Ку имеет схема фиг.6 (фиг.7).
Действительно, комплексный коэффициент передачи по напряжению КУ фиг.2 определяется по формуле:
Если емкость вспомогательного двухполюсника 11 (конденсатора) равна нулю, то для КУ фиг.2 при условии, что R8>>R10:
где R8 - сопротивление двухполюсника коллекторной нагрузки 8.
То есть (3) - это формула для Ку.п. усилителя-прототипа.
Комплекс эквивалентной нагрузки в узле «А» КУ фиг.2 можно найти по формуле:
После преобразований последней формулы находим, что:
Поэтому коэффициент усиления по напряжению КУ фиг.2:
Выигрыш по Ky, который дает схема КУ фиг.2 в сравнении с прототипом фиг.1, можно оценить с помощью, в общем случае, комплексного коэффициента:
Если ω=0, то , т.е. на постоянном токе выигрыш по Ку отсутствует. При α6=0,98-0,99, rэ6/R10<<1, в области средних частот, когда можно пренебрегать влиянием емкости конденсатора 11, реализуется значительный выигрыш по коэффициенту усиления:
В схеме КУ фиг.6, фиг.7, которая является дальнейшим развитием схемы фиг.2, статический режим транзистора 6 устанавливается дополнительным дифференциальным усилителем напряжения 15.
Аналогично можно показать, что коэффициент усиления по напряжению более совершенной схемы каскодного усилителя фиг.6 определяется по формуле:
В области средних частот, когда влиянием сопротивления вспомогательного двухполюсника 11 можно пренебречь:
Сравнение (3), (9) и (11) показывает, что введение в схему в соответствии с п.2 формулы изобретения дополнительного дифференциального усилителя напряжения 15 повышает в в сравнении с каскодом-прототипом и в в сравнении с каскодом по п.1 формулы изобретения, где:
при типовых значениях параметров α6=0,98-0,99, rэ6=25 Ом, R10=150 Ом.
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.10.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США №6.825.723, фиг.3.
2. Патент США №4.151.483, фиг.2.
3. Патент США №4.151.484.
4. Патент США №3.882.410, фиг.3.
5. Патентная заявка WO 2004/030207.
6. Патент США №2 4.021.749, фиг.2.
7. Патент США №3.693.108, фиг.9.
8. Патент США №7.113.043, фиг.2.
9. Патентная заявка США 2006/0033562.
10. Патентная заявка США 2006/0132242.
11. Патентная заявка США 2006/0119435.
12. Патентная заявка США 2005/0248408.
13. Патент США №6.204.728.
14. Патент США №6.278.329.
15. Патентная заявка США 2005/0225397.
16. Патент США №5.451.906.
17. Патент США №7.098.743, фиг.1.
18. Патент Англии GB №1431481, фиг.2.
19. Патент США №6.515.547, фиг.2.
Claims (2)
1. Каскодный усилитель, содержащий входной транзистор (1), база которого соединена с цепью установления статического режима (2) и через разделительный конденсатор (3) связана с источником сигнала (4), эмиттер по переменному току соединен с первой (5) шиной источников питания, а коллектор подключен к эмиттеру выходного транзистора (6), цепь смещения потенциалов (7), связанную с базой выходного транзистора (6), двухполюсник коллекторной нагрузки (8), первый вывод которого соединен с коллектором выходного транзистора (6) и выходом устройства, вторую шину источников питания, отличающийся тем, что второй вывод двухполюсника коллекторной нагрузки (8) соединен со второй (9) шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник (10) и через вспомогательный двухполюсник (11) соединен с эмиттером выходного транзистора (6).
2. Каскодный усилитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве цепи смещения потенциалов (7) используется выход дополнительного дифференциального усилителя напряжения (15), инвертирующий вход которого соединен с эмиттером выходного транзистора (6), а неинвертирующий вход подключен к источнику опорного напряжения (16).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010120969/09A RU2428786C1 (ru) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Каскодный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010120969/09A RU2428786C1 (ru) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Каскодный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2428786C1 true RU2428786C1 (ru) | 2011-09-10 |
Family
ID=44757756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010120969/09A RU2428786C1 (ru) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Каскодный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2428786C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2468503C1 (ru) * | 2011-09-28 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный усилитель |
RU2475949C1 (ru) * | 2012-04-12 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Управляемый избирательный усилитель |
RU2507676C1 (ru) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2513486C1 (ru) * | 2012-09-24 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный каскодный усилитель |
RU2543298C2 (ru) * | 2012-07-27 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Управляемый избирательный усилитель |
RU2571400C1 (ru) * | 2014-10-30 | 2015-12-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном |
RU2572376C1 (ru) * | 2014-11-06 | 2016-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот |
-
2010
- 2010-05-24 RU RU2010120969/09A patent/RU2428786C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2468503C1 (ru) * | 2011-09-28 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный усилитель |
RU2475949C1 (ru) * | 2012-04-12 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Управляемый избирательный усилитель |
RU2543298C2 (ru) * | 2012-07-27 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Управляемый избирательный усилитель |
RU2507676C1 (ru) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2513486C1 (ru) * | 2012-09-24 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный каскодный усилитель |
RU2571400C1 (ru) * | 2014-10-30 | 2015-12-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном |
RU2572376C1 (ru) * | 2014-11-06 | 2016-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2428786C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2432669C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2421879C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
RU2419197C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
CN205883178U (zh) | 可编程增益放大器以及电子装置 | |
RU2421880C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2427071C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2422981C1 (ru) | Дифференциальный усилитель переменного тока | |
RU2536672C1 (ru) | Составной транзистор с малой выходной емкостью | |
RU2421882C1 (ru) | Двухкаскадный вч-усилитель | |
RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2468503C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2321156C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2423778C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
RU2421881C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2432667C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2475942C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
RU2519563C2 (ru) | Составной транзистор | |
RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
RU2396698C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2321158C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2421894C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2421896C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130525 |