RU2432669C1 - Широкополосный усилитель - Google Patents
Широкополосный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432669C1 RU2432669C1 RU2010142332/09A RU2010142332A RU2432669C1 RU 2432669 C1 RU2432669 C1 RU 2432669C1 RU 2010142332/09 A RU2010142332/09 A RU 2010142332/09A RU 2010142332 A RU2010142332 A RU 2010142332A RU 2432669 C1 RU2432669 C1 RU 2432669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- collector
- input
- emitter
- power source
- 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 (Ку). Это позволяет в ряде случаев исключить дополнительные каскады усиления, уменьшить общее энергопотребление в сравнении с многокаскадными усилителями. Широкополосный усилитель содержит входной транзисторный каскад (1), коллекторный выход (2) которого связан с первым (3) источником питания (ИП) через резистор коллекторной нагрузки (4), выходной транзистор (Т) (5), коллектор которого соединен с первым (3) ИП, база подключена к коллекторному выходу (2) входного транзисторного каскада (1), второй (6) ИП, связанный с эмиттерной цепью входного транзисторного каскада (1), токостабилизирующий двухполюсник (7), включенный между выходом устройства (8), соединенным с эмиттером выходного Т (5) и вторым (6) ИП. В схему введено дополнительное токовое зеркало (9), вход которого через первый (10) дополнительный резистор соединен с источником вспомогательного напряжения (11), токовый выход подключен к коллекторному выходу (2) входного транзисторного каскада (1), а общий эмиттерный выход связан с эмиттером выходного Т (5). 3 з.п. ф-лы, 11 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 широкополосные усилители (ШУ) с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь входного транзистора - каскада с общим эмиттером [1] или каскада общей базой [2-6, 8, 12, 15]. В ряде случаев для уменьшения влияния сопротивления низкоомной нагрузки на коэффициент усиления в выходную цепь таких ШУ включается эмиттерный повторитель напряжения (схема с общим коллектором) [7, 9-11, 13].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ШУ, опубликованный в патентной заявке US №2005/0233714, fig.3. Он содержит входной транзисторный каскад 1, коллекторный выход 2 которого связан с первым 3 источником питания через резистор коллекторной нагрузки 4, выходной транзистор 5, коллектор которого соединен с первым 3 источником питания, база подключена к коллекторному выходу 2 входного транзисторного каскада 1, второй 6 источник питания, связанный с эмиттерной цепью входного транзисторного каскада 1, токостабилизирующий двухполюсник 7, включенный между выходом устройства 8, соединенным с эмиттером выходного транзистора 5 и вторым 6 источником питания.
Существенный недостаток известного ШУ, архитектура которого присутствует также во многих других усилителях [1-15], 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, а применение активных нагрузок на p-n-р транзисторах не всегда допускается.
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 входной транзисторный каскад 1, коллекторный выход 2 которого связан с первым 3 источником питания через резистор коллекторной нагрузки 4, выходной транзистор 5, коллектор которого соединен с первым 3 источником питания, база подключена к коллекторному выходу 2 входного транзисторного каскада 1, второй 6 источник питания, связанный с эмиттерной цепью входного транзисторного каскада 1, токостабилизирующий двухполюсник 7, включенный между выходом устройства 8, соединенным с эмиттером выходного транзистора 5 и вторым 6 источником питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введено дополнительное токовое зеркало 9, вход которого через первый 10 дополнительный резистор соединен с источником вспомогательного напряжения 11, токовый выход подключен к коллекторному выходу 2 входного транзисторного каскада 1, а общий эмиттерный выход связан с эмиттером выходного транзистора 5.
Схема широкополосного усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения. Схема фиг.3 соответствует п.2 формулы изобретения.
На фиг.4 приведена схема фиг.2, в которой в качестве источника вспомогательного напряжения 11 используется транзистор 17 и источник напряжения 18(Е18<Е3).
На фиг.5 приведена схема ШУ в соответствии с п.3, а на чертеже фиг.6 - п.4 формулы изобретения.
На фиг.7 показана схема заявляемого ШУ фи. 5 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов при Еп=±2 В.
На фиг.8 представлена зависимость коэффициента усиления по напряжению ШУ фиг.7 от численных значений сопротивления резистора 20 (R20=R2).
На фиг.9 представлены амплитудно-частотные характеристики ШУ фиг.7 при разных значениях сопротивления резистора 20 (R20=R2).
График фиг.10 - амплитудно-частотная характеристика ШУ фиг.7 при R20=R2=2,6 кОм.
На фиг.11 показана схема ШУ фиг.2, в которой входной транзисторный каскад 1 выполнен в виде схемы с общим эмиттером на транзисторе 23 и конденсаторе 24. В этой схеме токовое зеркало 9 содержит транзистор 25 и р-n-переход 26. Кром этого здесь введена отрицательная обратная связь (резистор 27) и включен выходной транзистор 28. В качестве источника вспомогательного напряжения 11 используется общая шина питания.
Широкополосный усилитель фиг.2 содержит входной транзисторный каскад 1, коллекторный выход 2 которого связан с первым 3 источником питания через резистор коллекторной нагрузки 4, выходной транзистор 5, коллектор которого соединен с первым 3 источником питания, база подключена к коллекторному выходу 2 входного транзисторного каскада 1, второй 6 источник питания, связанный с эмиттерной цепью входного транзисторного каскада 1, токостабилизирующий двухполюсник 7, включенный между выходом устройства 8, соединенным с эмиттером выходного транзистора 5 и вторым 6 источником питания. В схему введено дополнительное токовое зеркало 9, вход которого через первый 10 дополнительный резистор соединен с источником вспомогательного напряжения 11, токовый выход подключен к коллекторному выходу 2 входного транзисторного каскада 1, а общий эмиттерный выход связан с эмиттером выходного транзистора 5. Входной транзисторный каскад 1 на фиг.2 содержит разделительный конденсатор 12, транзистор 13, источник тока 14, источник напряжения смещения 15.
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в качестве источника вспомогательного напряжения 11 используются первый 3 источник питания, а между входом дополнительного токового зеркала 9 и вторым 6 источником питания включен дополнительный двухполюсник 16.
На фиг.5, в соответствии с п.3 формулы изобретения, в качестве источника вспомогательного напряжения 11 используются первый 3 источник питания, а вход токового зеркала 9 связан по переменному току с первым 3 источником питания через последовательно соединенные первый 19 вспомогательный конденсатор и первый 20 вспомогательный резистор.
На фиг.6, в соответствии с п.4 формулы изобретения, в качестве источника вспомогательного напряжения 11 используются первый 3 источник питания, а вход токового зеркала 9 связан по переменному току со вторым 6 источником питания через последовательно соединенный второй 21 вспомогательный конденсатор и второй 22 вспомогательный резистор.
На фиг.11 показана схема ШУ фиг.2, в которой входной транзисторный каскад 1 выполнен в виде схемы с общим эмиттером на транзисторе 23 и конденсаторе 24. В этой схеме токовое зеркало 9 содержит транзистор 25 и р-n-переход 26. Кром этого здесь введена отрицательная обратная связь (резистор 27) и включен выходной транзистор 28. В качестве источника вспомогательного напряжения 11 используется общая шина питания.
Рассмотрим работу ШУ фиг.1 и фиг.3.
Предельный коэффициент усиления по напряжению ШУ фиг.1 определяется сопротивлением резистора R4 коллекторной нагрузки 4:
где S1≈(rэl3)-1 - крутизна усиления входного каскада 1 в режиме
короткого замыкания по выходу, зависящая от сопротивления эмиттерного перехода (гэ13) входного транзистора 13.
Покажем аналитически, что более высокие значения Ку в диапазоне средних частот реализуются в схеме фиг.3.
Положительное приращение входного напряжения uвх вызывает изменение напряжения в узле 2 (u2), которое практически с единичным коэффициентом передачи поступает на выход 8, а также в узел «А» - вход токового зеркала 9:
Это вызывает изменения токов в резисторе коллекторной нагрузки 4 и в первом 10 дополнительном резисторе:
Приращение тока iR10 передается токовым зеркалом 9 в узел 2 и компенсирует ток через резистор 4. Поэтому эквивалентный ток и эквивалентное сопротивление в узле 2:
где Kil2,9 ≈1 - коэффициент передачи по току токового зеркала 9. Следовательно, коэффициент усиления ШУ фиг.3
Если выбрать R10=R4 и обеспечить, например, Кi12.9R4/R10≈0,99, то Ку в схеме фиг.3 будет в 100 раз выше, чем в ШУ-прототипе.
Особенность схемы фиг.4 состоит в том, что она не содержит дополнительный двухполюсник 16.
Схема ШУ фиг.5 имеет эквивалентное сопротивление по переменному току во входной цепи токового зеркала 9, зависящее от резисторов 10 и 20:
За счет выбора R10 обеспечивается необходимый статический режим токового зеркала 9, а за счет выбора R20 - создается условие для повышения Ку (6) в диапазоне средних частот, когда влиянием конденсаторов можно пренебречь.
Аналогично в схеме фиг.6 резистор 10 имеет сопротивление в два раза больше, чем резистор 4, а необходимое для повышения Ку равенство
обеспечивается резистором 22.
Широкополосный усилитель фиг.11, показывает другие возможности заявляемого устройства. Он имеет входной транзисторный каскад 1 по схеме с общим эмиттером (транзистор 23), а также отрицательную обратную связь, стабилизирующую статический режим. Выход 8 в данном ШУ согласован с шиной отрицательного источника питания что позволяет обеспечивать управление следующим транзисторным каскадом 28.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патентная заявка US 2005/0233714, fig.3.
2. Патентная заявка WO 2006077525.
3. Патент CN 101204009.
4. Патент ЕР 1844547.
5. Патент ЕР 1480333 А2, fig.4.
6. Патент США 3.693.108, fig.7.
7. Патентная заявка US 2010/0237942.
8. Патент США 6.642.794, fig.1.
9. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М.: ИП РадиоСофт, 2002. - С.120, рис.6.30.
10. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М.: ИП РадиоСофт, 2002. - С.151, рис.6.77.
11. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М.: ИП РадиоСофт, 2002. - С.201, рис.8.20.
12. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М: ИП РадиоСофт, 2002. - С.201, рис.8.21.
13. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М: ИП РадиоСофт, 2002. - С.254, рис.10.7.
14. Микросхемы и их применение: Справ, пособие / В.А.Батушев, В.Н.Вениаминов, В.Г.Ковалев, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1984. - С.50, рис.2.12. - (Массовая радиобиблиотека; Вып.1070).
15. Патент США 6.642.794.
Claims (4)
1. Широкополосный усилитель, содержащий входной транзисторный каскад (1), коллекторный выход (2) которого связан с первым (3) источником питания через резистор коллекторной нагрузки (4), выходной транзистор (5), коллектор которого соединен с первым (3) источником питания, база подключена к коллекторному выходу (2) входного транзисторного каскада (1), второй (6) источник питания, связанный с эмиттерной цепью входного транзисторного каскада (1), токостабилизирующий двухполюсник (7), включенный между выходом устройства (8), соединенным с эмиттером выходного транзистора (5) и вторым (6) источником питания, отличающийся тем, что в схему введено дополнительное токовое зеркало (9), вход которого через первый (10) дополнительный резистор соединен с источником вспомогательного напряжения (11), токовый выход подключен к коллекторному выходу (2) входного транзисторного каскада (1), а общий эмиттерный выход связан с эмиттером выходного транзистора (5).
2. Широкополосный усилитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника вспомогательного напряжения (11) используется первый (3) источник питания, а между входом дополнительного токового зеркала (9) и вторым (6) источником питания включен дополнительный двухполюсник (16).
3. Широкополосный усилитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника вспомогательного напряжения (11) используются первый (3) источник питания, а вход токового зеркала (9) связан по переменному току с первым (3) источником питания через последовательно соединенные первый (19) вспомогательный конденсатор и первый (20) вспомогательный резистор.
4. Широкополосный усилитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника вспомогательного напряжения (11) используются первый (3) источник питания, а вход токового зеркала (9) связан по переменному току со вторым (6) источником питания через последовательно соединенный второй (21) вспомогательный конденсатор и второй (22) вспомогательный резистор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010142332/09A RU2432669C1 (ru) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | Широкополосный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010142332/09A RU2432669C1 (ru) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | Широкополосный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2432669C1 true RU2432669C1 (ru) | 2011-10-27 |
Family
ID=44998214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010142332/09A RU2432669C1 (ru) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | Широкополосный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2432669C1 (ru) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467469C1 (ru) * | 2011-11-21 | 2012-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2475943C1 (ru) * | 2012-02-22 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2475948C1 (ru) * | 2012-02-10 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2475947C1 (ru) * | 2012-02-08 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2479112C1 (ru) * | 2012-03-27 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2479116C1 (ru) * | 2012-04-02 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2480894C1 (ru) * | 2012-01-25 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2481697C1 (ru) * | 2012-03-21 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2515538C1 (ru) * | 2012-12-19 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный усилитель на основе каскада с общей базой (или с общим эмиттером) |
-
2010
- 2010-10-15 RU RU2010142332/09A patent/RU2432669C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
2005/0233714 А1, 20.10.2005. * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467469C1 (ru) * | 2011-11-21 | 2012-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2480894C1 (ru) * | 2012-01-25 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2475947C1 (ru) * | 2012-02-08 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2475948C1 (ru) * | 2012-02-10 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2475943C1 (ru) * | 2012-02-22 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2481697C1 (ru) * | 2012-03-21 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2479112C1 (ru) * | 2012-03-27 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2479116C1 (ru) * | 2012-04-02 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель |
RU2515538C1 (ru) * | 2012-12-19 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный усилитель на основе каскада с общей базой (или с общим эмиттером) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2432669C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2428786C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2421879C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
RU2364020C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу | |
RU2421880C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2427071C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2416146C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
RU2413355C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
RU2390916C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2321159C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
Rasekh et al. | Compensation method for multistage opamps with high capacitive load using negative capacitance | |
RU2396699C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенным входным дифференциальным сопротивлением | |
RU2396698C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2421894C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
JP2015119304A (ja) | 増幅回路 | |
RU2393628C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным входным сопротивлением | |
CN108075739B (zh) | 可变增益放大器 | |
RU2468503C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2422981C1 (ru) | Дифференциальный усилитель переменного тока | |
RU2433523C1 (ru) | Прецизионный дифференциальный операционный усилитель | |
RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2421881C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2423778C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
RU2444114C1 (ru) | Операционный усилитель с низкоомной нагрузкой |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131016 |