RU2461955C1 - Избирательный усилитель - Google Patents
Избирательный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461955C1 RU2461955C1 RU2011142920/08A RU2011142920A RU2461955C1 RU 2461955 C1 RU2461955 C1 RU 2461955C1 RU 2011142920/08 A RU2011142920/08 A RU 2011142920/08A RU 2011142920 A RU2011142920 A RU 2011142920A RU 2461955 C1 RU2461955 C1 RU 2461955C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- frequency
- bus
- input transistor
- current
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение энергопотребления избирательного усилителя. В избирательном усилителе коллектор входного транзистора соединен со входом токового зеркала, эмиттер входного транзистора соединен с шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник, а между эмиттерами входных транзисторов включены последовательно соединенные дополнительный корректирующий конденсатор и частотно-задающий резистор. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п.
В задачах выделения высокочастотных и СВЧ-сигналов сегодня широко используются интегральные операционные усилители со специальными элементами RC-коррекции, формирующими амплитудно-частотную характеристику резонансного типа [1, 2]. Однако классическое построение таких избирательных усилителей (RC-фильтров) сопровождается значительными энергетическими потерями, которые идут в основном на обеспечение статического режима достаточно большого числа транзисторов, образующих операционный усилитель СВЧ-диапазона [1, 2]. В этой связи достаточно актуальной является задача построения СВЧ избирательных усилителей на двух-трех транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с достаточно высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц.
Известны схемы усилителей, интегрированных в архитектуру RC-фильтров на основе транзисторов, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-13]. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется корректирующим конденсатором.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US 4.843.343 фиг.1. Он содержит первый 1 входной транзистор, база которого соединена с первым источником сигнала 2, а эмиттер через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, первый корректирующий конденсатор 5, включенный по переменному току между первой 4 шиной источника питания и базой второго 6 входного транзистора, выход 7 устройства, связанный с выходом токового зеркала 8, которое согласовано со второй 9 шиной источника питания, первый 10 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 7 и первой 4 шиной источника питания.
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и коэффициент усиления по напряжению К0>1 на частоте квазирезонанса (f0).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении добротности АЧХ-усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство СВЧ-диапазона с f0=1÷5 ГГц.
Поставленная задача решается тем, что в избирательном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, база которого соединена с первым источником сигнала 2, а эмиттер через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, первый корректирующий конденсатор 5, включенный по переменному току между первой 4 шиной источника питания и базой второго 6 входного транзистора, выход 7 устройства, связанный с выходом токового зеркала 8, которое согласовано со второй 9 шиной источника питания, первый 10 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 7 и первой 4 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - коллектор второго 6 входного транзистора соединен со входом токового зеркала 8, эмиттер второго 6 входного транзистора соединен с первой 4 шиной источника питания через второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, а между эмиттерами первого 1 и второго 6 входных транзисторов включены последовательно соединенные дополнительный корректирующий конденсатор 12 и второй 13 частотно-задающий резистор.
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.
На фиг.3 показана схема ИУ в соответствии с п.2 формулы изобретения.
На фиг.4 приведена схема ИУ в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов, а на чертеже фиг.5 - логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению (крупный масштаб).
На фиг.6 показаны логарифмические амплитудно- и фазочастотные характеристики ИУ фиг.4 в более мелком масштабе.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит первый 1 входной транзистор, база которого соединена с первым источником сигнала 2, а эмиттер через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, первый корректирующий конденсатор 5, включенный по переменному току между первой 4 шиной источника питания и базой второго 6 входного транзистора, выход 7 устройства, связанный с выходом токового зеркала 8, которое согласовано со второй 9 шиной источника питания, первый 10 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 7 и первой 4 шиной источника питания. Коллектор второго 6 входного транзистора соединен с входом токового зеркала 8, эмиттер второго 6 входного транзистора соединен с первой 4 шиной источника питания через второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, а между эмиттерами первого 1 и второго 6 входных транзисторов включены последовательно соединенные дополнительный корректирующий конденсатор 12 и второй 13 частотно-задающий резистор.
На фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения общий узел дополнительного корректирующего конденсатора 12 и второго 13 частотно-задающего резистора связан со вторым входом 14 устройства через третий 15 корректирующий конденсатор.
В качестве токового зеркала 8 авторы рекомендуют классические схемы, например, фиг.1.
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.
Источник переменного входного сигнала uвх (2) изменяет коллекторный и эмиттерный токи первого 1 входного транзистора. Комплексный характер проводимости его эмиттерной цепи, образованной дополнительным корректирующим конденсатором 12 и сопротивлением второго 13 частотно-задающего резистора, обеспечивает передачу этого сигнала через эмиттер второго 6 входного транзистора и токовое зеркало 8 в выходную 7 цепь устройства, которая реализована на базе первого 5 корректирующего конденсатора и первого 10 частотно-задающего резистора. Комплексность полного сопротивления этой цепи (C5, R10) и характер изменения тока коллектора транзистора 6 обеспечивают резонансный вид амплитудно-частотной характеристики ИУ. Вводимый в ИУ контур обратной связи, образованный подключением базы второго 6 входного транзистора к выходу устройства 7, имеет реактивный характер в области низких частот (f<<f0) благодаря комплексной проводимости эмиттерных цепей второго 6 и первого 1 входных транзисторов. Указанная особенность сохраняет неизменной частоту квазирезонанса ИУ (f0) при любой глубине этой обратной связи и позволяет увеличить добротность Q ИУ и его коэффициент усиления по напряжению К0 при заданном значении полного сопротивления в выходной цепи устройства (конденсатор C5 и сопротивление резистора R10).
Покажем аналитически, что более высокие значения К0 и Q в диапазоне высоких частот реализуются в схеме фиг.2.
В результате анализа схемы фиг.2 можно показать, что комплексный коэффициент передачи по напряжению ИУ фиг.2 определяется по формуле:
τ1=C12(h11.1+h11.6+R13);
τ2=C5R10,
h21.i=αi, h11.i - малосигнальные h-параметры i-го транзистора в схеме с общей базой; Ki12,8≈-2 - коэффициент передачи по току токового зеркала 8.
Таким образом, из (1)-(4) следует, что в предлагаемом ИУ может быть реализована заданная добротность Q независимо от частоты квазирезонанса f0.
Если выбрать R13>>h11.1≈h11.6 и τ1=τ2, то добротность заявляемого ИУ и коэффициент К0 устройства фиг.3 будут определяться формулами:
Выбирая (при R13=R10) те или иные значения коэффициента передачи токового зеркала 8 (например, Ki12.8=1,8-1,999), которые для классических схем токовых зеркал зависят от отношения площадей эмиттерных переходов образующих их транзисторов, можно получить практически любые заданные значения добротности Q и коэффициента усиления К0.
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.5 и фиг.6, полученные в результате моделирования схемы фиг.4 (фиг.2).
При реализации ИУ по схеме фиг.3 создаются условия для более грубого подавления сигнала в области частот f<<f0 (фиг.6).
Здесь основные параметры определяются из следующих соотношений:
τ1=(R13+h11.1+h11.6)(C12+C15),
τ2=C5R10,
Поэтому при выполнении указанных выше условий, а также равенства емкостей C12=C15 добротность ИУ фиг.3
Таким образом, как видно из сравнения формул (9) и (5) для реализации больших Q в схеме ИУ фиг.3, требуется бóльшее значение коэффициента передачи токового зеркала 8 (например, Т=3,9÷3,99), чем в схеме фиг.2.
Замечательная особенность заявляемого ИУ состоит в том, что он имеет широкий диапазон изменения выходного напряжения
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0, повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства, а также повышенным подавлением сигнала в диапазоне частот f<f0.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz / N.Prokopenko, A.Budyakov, K.Schmalz, C.Scheytt, P.Ostrovskyy // Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC'08 /- Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - pp.50-53.
2. СВЧ СФ-блоки систем связи на базе полностью дифференциальных операционных усилителей / Прокопенко Н.Н., Будяков А.С., К.Schmalz, С.Scheytt // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем - 2010. Сборник трудов / Под общ. ред. академика РАН А.Л.Стемпковского. - М.: ИППМ РАН, 2010. - С.583-586.
3. Патент US 4.748.422, фиг.3.
4. Патент US 4.262.261, фиг.1B.
5. Патент US 4.843.343, фиг.1.
6. Патент US 4.172.999, фиг.2.
7. Патентная заявка US 2006/0012432.
8. Патент US 3.531.730, фиг.5.
9. Патент US 4.558.287, фиг.2.
10. Патент US 5.371.476, фиг.1.
11. Патент JP 54-102949, 98(5) А 21.
12. Патент WO/2002/058227.
13. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей: 2-е изд. - М. ИП. Радиософт, 2002. - С 218, рис.8.40.
Claims (2)
1. Избирательный усилитель, содержащий первый (1) входной транзистор, база которого соединена с первым источником сигнала (2), а эмиттер через первый (3) токостабилизирующий двухполюсник связан с первой (4) шиной источника питания, первый корректирующий конденсатор (5), включенный по переменному току между первой (4) шиной источника питания и базой второго (6) входного транзистора, выход (7) устройства, связанный с выходом токового зеркала (8), которое согласовано со второй (9) шиной источника питания, первый (10) частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства (7) и первой (4) шиной источника питания, отличающийся тем, что коллектор второго (6) входного транзистора соединен со входом токового зеркала (8), эмиттер второго (6) входного транзистора соединен с первой (4) шиной источника питания через второй (11) токостабилизирующий двухполюсник, а между эмиттерами первого (1) и второго (6) входных транзисторов включены последовательно соединенные дополнительный корректирующий конденсатор (12) и второй (13) частотно-задающий резистор.
2. Избирательный усилитель по п.1, отличающийся тем, что общий узел дополнительного корректирующего конденсатора (12) и второго (13) частотно-задающего резистора связан со вторым входом (14) устройства через третий (15) корректирующий конденсатор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142920/08A RU2461955C1 (ru) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | Избирательный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142920/08A RU2461955C1 (ru) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | Избирательный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2461955C1 true RU2461955C1 (ru) | 2012-09-20 |
Family
ID=47077624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011142920/08A RU2461955C1 (ru) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | Избирательный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2461955C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4532479A (en) * | 1982-09-09 | 1985-07-30 | Signetics Corporation | Differential amplifier circuit with rail-to-rail capability |
RU2053592C1 (ru) * | 1988-11-21 | 1996-01-27 | Владимир Яковлевич Грошев | Усилитель |
RU2321157C1 (ru) * | 2006-12-13 | 2008-03-27 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с нелинейной токовой обратной связью |
-
2011
- 2011-10-24 RU RU2011142920/08A patent/RU2461955C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4532479A (en) * | 1982-09-09 | 1985-07-30 | Signetics Corporation | Differential amplifier circuit with rail-to-rail capability |
RU2053592C1 (ru) * | 1988-11-21 | 1996-01-27 | Владимир Яковлевич Грошев | Усилитель |
RU2321157C1 (ru) * | 2006-12-13 | 2008-03-27 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с нелинейной токовой обратной связью |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2479112C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2467470C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2461955C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469466C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2467469C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2488955C1 (ru) | Избирательный усилитель на основе неинвертирующего усилителя тока | |
RU2467471C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468506C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2480896C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2480895C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475943C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479108C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469462C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2474039C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479106C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468505C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468498C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2463702C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2485673C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468499C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2523953C1 (ru) | Измерительный усилитель с резонансной амплитудно-частотной характеристикой | |
RU2479107C1 (ru) | Избирательный усилитель с парафазным выходом | |
RU2519429C1 (ru) | Измерительный усилитель с управляемыми параметрами амплитудно-частотной характеристики | |
RU2475947C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469464C1 (ru) | Избирательный усилитель |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131025 |