RU2468502C1 - Каскодный дифференциальный усилитель - Google Patents
Каскодный дифференциальный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468502C1 RU2468502C1 RU2011136623/08A RU2011136623A RU2468502C1 RU 2468502 C1 RU2468502 C1 RU 2468502C1 RU 2011136623/08 A RU2011136623/08 A RU 2011136623/08A RU 2011136623 A RU2011136623 A RU 2011136623A RU 2468502 C1 RU2468502 C1 RU 2468502C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- input
- transistors
- emitter
- 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, высокочастотных усилителях, фазорасщепителях, компараторах и т.п.). Технический результат: расширение диапазона рабочих частот - повышение верхней граничной частоты fв коэффициента усиления по напряжению К0. Каскодный дифференциальный усилитель содержит с первого по червертый входные транзисторы, первый и второй токостабилизирующие двухполюсники, первый и второй выходные транзисторы, вспомогательный источник напряжения смещения, первый и второй вспомогательные резисторы, первый и второй дополнительные транзисторы. 5 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, высокочастотных усилителях, фазорасщепителях, компараторах и т.п.).
В современной микроэлектронике широкое применение имеют классические каскодные дифференциальные усилители (фиг.1, КДУ) [1÷80], которые стали базовым функциональным узлом многих аналоговых микросхем, в том числе СВЧ-диапазона. Однако в данных КДУ на верхнюю граничную частоту fв коэффициента усиления по напряжению (К0) (по уровню - 3 дБ) оказывают существенное влияние емкости коллектор-база Скб выходных транзисторов (Скб=0,5÷2 пФ для ряда технологий). В конечном итоге это не позволяет реализовать на основе традиционных каскодных усилителей микроэлектронные изделия с предельными значениями fв.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является КДУ фирмы Texas Instruments, предлагаемый в патенте US 5461342. Он содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с шиной первого 3 источника питания через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, третий 5 и четвертый 6 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с шиной первого 3 источника питания через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник, первый 8 вход устройства, связанный с базами первого 1 и третьего 5 входных транзисторов, второй 9 вход устройства, связанный с базами второго 2 и четвертого 6 входных транзисторов, первый 10 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, второй 11 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, вспомогательный источник напряжения смещения 12, к которому подключены базы первого 10 и второго 11 выходных транзисторов, цепь нагрузки 13, которая связана с противофазными выходами устройства 14 и 15 и коллекторами первого 10 и второго 11 выходных транзисторов, согласованную с шиной второго 16 источника питания, первый 17 и второй 18 вспомогательные резисторы.
Существенный недостаток известного КДУ состоит в том, что он имеет сравнительно небольшие значения верхней граничной частоты fв.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот - повышении верхней граничной частоты fв коэффициента усиления по напряжению К0.
Поставленная задача решается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе (фиг.2), содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с шиной первого 3 источника питания через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, третий 5 и четвертый 6 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с шиной первого 3 источника питания через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник, первый 8 вход устройства, связанный с базами первого 1 и третьего 5 входных транзисторов, второй 9 вход устройства, связанный с базами второго 2 и четвертого 6 входных транзисторов, первый 10 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, второй 11 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, вспомогательный источник напряжения смещения 12, к которому подключены базы первого 10 и второго 11 выходных транзисторов, цепь нагрузки 13, связанную с противофазными выходами устройства 14 и 15, а также коллекторами первого 10 и второго 11 выходных транзисторов и согласованную с шиной второго 16 источника питания, первый 17 и второй 18 вспомогательные резисторы, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 19 и второй 20 дополнительные транзисторы, коллектор первого 19 дополнительного транзистора связан с шиной второго 16 источника питания через первый 17 вспомогательный резистор, эмиттер соединен с коллектором третьего 5 входного транзистора, а база подключена к эмиттеру первого 10 выходного транзистора, коллектор второго 20 дополнительного транзистора связан с шиной второго 16 источника питания через второй 18 вспомогательный резистор, эмиттер соединен с коллектором четвертого 6 входного транзистора, а база подключена к эмиттеру второго 11 выходного транзистора.
На фиг. 1 представлена схема КДУ-прототипа.
На фиг.2 показана схема заявляемого КДУ в соответствии формулой изобретения.
На фиг.3 показана схема КДУ-прототипа, в которой отсутствуют предлагаемые в заявке связи между элементами, в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На фиг.4 приведена схема заявляемого КДУ фиг.2 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», в котором емкости коллектор-база Скб=С2=С3=С1=С4 моделируются конденсаторами С=1 пФ.
На фиг. 5 показаны амплитудно-частотные характеристики сравниваемых КДУ фиг. 3 и фиг. 4.
Каскодный дифференциальный усилитель фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с шиной первого 3 источника питания через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, третий 5 и четвертый 6 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с шиной первого 3 источника питания через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник, первый 8 вход устройства, связанный с базами первого 1 и третьего 5 входных транзисторов, второй 9 вход устройства, связанный с базами второго 2 и четвертого 6 входных транзисторов, первый 10 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, второй 11 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, вспомогательный источник напряжения смещения 12, к которому подключены базы первого 10 и второго 11 выходных транзисторов, цепь нагрузки 13, связанную с противофазными выходами устройства 14 и 15, а также коллекторами первого 10 и второго 11 выходных транзисторов и согласованную с шиной второго 16 источника питания, первый 17 и второй 18 вспомогательные резисторы. В схему введены первый 19 и второй 20 дополнительные транзисторы, коллектор первого 19 дополнительного транзистора связан с шиной второго 16 источника питания через первый 17 вспомогательный резистор, эмиттер соединен с коллектором третьего 5 входного транзистора, а база подключена к эмиттеру первого 10 выходного транзистора, коллектор второго 20 дополнительного транзистора связан с шиной второго 16 источника питания через второй 18 вспомогательный резистор, эмиттер соединен с коллектором четвертого 6 входного транзистора, а база подключена к эмиттеру второго 11 выходного транзистора, цепь нагрузки емкости коллектор-база транзисторов (Скб) моделируется элементами 21, 22, 23, 24. Цепь нагрузки 13 в схеме фиг. 2 содержит резисторы 25 и 26.
Рассмотрим работу заявляемого КДУ фиг.2 в сравнении с КДУ-прототипом фиг.1.
С повышением частоты на работу схемы фиг.2 начинают оказывать влияние емкости коллектор-база 23 и 24 транзисторов 11 и 20 (С23, С24) - через них протекают токи i23 и i24, комплексы которых можно найти по формулам:
где 
- комплексы сопротивлений конденсаторов 23, 24 на частоте ω;
Ток i24 (İ24) поступает в эмиттер, а затем коллектор транзистора 11, что уменьшает емкостную составляющую суммарного тока в узле «А» второго 15 выхода КДУ. Действительно, если выбрать R18=R26 и С23=С24 и считать, что в первом приближении 
, то эквивалентная емкость в цепи Вых.2 (15) уменьшится:
где α11≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 11. Это уменьшает в ряде важных для практики случаев эквивалентную постоянную времени τв, определяющую верхнюю граничную частоту ωв=2πfв≈1/τв усилителя фиг. 2 в целом
Таким образом, предельный выигрыш Nf по граничной частоте fв, который обеспечивает предлагаемое решение фиг. 2 в сравнении с КДУ-прототипом фиг. 1:
где 
- верхняя граничная частота КДУ-прототипа.
Представленные на чертеже фиг. 5 результаты компьютерного моделирования подтверждают данные теоретические выводы.
В реальных схемах КДУ для существенного повышения fв необходимо иметь некоторую асимметрию постоянных времени:
τв1 =C23R26≠τв2=C24R18.
Таким образом, в схеме фиг.2 повышается верхняя граничная частота, что является ее существенным преимуществом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патентная заявка US №2010/0279641, fig.14
2. Патентная заявка US №2010/0315165, fig.1
3. Патентная заявка US №2010/0148868, fig.2
4. Патентная заявка US №2010/0046677, fig.3
5. Патент US №7737783
6. Патент SU №427451
7. Операционные усилители и компараторы [Текст]. - М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2001, стр.362, RC4805
8. Патент JP №61264806
9. Патент US №4600893, fig.1
10. Патентная заявка US №2007/0115056, fig.2
11. Патент US №6472908, fig.4a
12. Патент США №5568092, fig 8
13. Патент США №6366166, fig 4
14. Патент США №6882223, fig 5
15. Патент США №6515547, fig 9
16. Патентная заявка US 2005/0104661, fig 5
17. Патентная заявка US 2006/0049874
18. Патентная заявка US 2006/0071712, fig 4
19. Патентная заявка US 2006/0164171, fig 4
20. Патентная заявка US 2005/0174175, fig 2
21. Патентная заявка US 2004/0246051, fig 1
22. Патент США №6100759, fig 3
23. Патент США №6642787
24. Патент ЕР №1480333
25. Патент WO 03/084054
26. Патент США №3660773
27. Патент Франции №1484340
28. Патент ФРГ №1214775
29. Патент Англии №1520085
30. Патент США №3482177
31. Патент Англии №1212342
32. Патент ФРГ №1537590
33. Патент Франции №1548008
34. Патентная заявка ФРГ №2418455
35. Патент Франции №2227574
36. Ав. св. СССР №970638
37. Патент Швеции №359989
38. Патент Англии №1500993
39. Ав. св. СССР №276170
40. Патент Англии №1334759
41. Патент США №6304143
42. Патент США №5418491
43. Патент США №4463319
44. Патент США №6717474
45. Патент США №6734720
46. Патент США №4723111
47. Патент США №4293824
48. Патент США №5323121
49. Патент США №5091701
50. Патент США №4406990
51. Патент США №5422600
52. Патент США №6788143
53. Патент США №4274061
54. Патент США №5327100
55. Патент США №5786729
56. Патент США №3644838
57. Патент США №4600893
58. Патент США №4390850
59. Патент США №6628168
60. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. - М.: «Радио и связь», 1989, с.74, рис.4.15, стр.98, рис.6.7.
61. Патент США №6218900, фиг.1
62. Патентная заявка US 2002/0196079
63. Патент США Re 30.587
64. Патент ЕР 1227580
65. Патент США №6714076
66. Патентная заявка US 2004/0090268 А1
67. Патент США №4959622, фиг.1
68. Патент США №6018268
69. Патент США №5952882
70. Патент США №6580325
71. Патент США №6965266
72. Патент США №6867643
73. Патент США №6236270
74. Патент США №6229394
75. Патент США №5734296
76. Патент США №5477190
77. Патент США №6084475
78.Патент США №3733559
79. Патентная заявка US 2005/0001682 А1
80. Патент США №6300831
Claims (1)
- Каскодный дифференциальный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с шиной первого (3) источника питания через первый (4) токостабилизирующий двухполюсник, третий (5) и четвертый (6) входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с шиной первого (3) источника питания через второй (7) токостабилизирующий двухполюсник, первый (8) вход устройства, связанный с базами первого (1) и третьего (5) входных транзисторов, второй (9) вход устройства, связанный с базами второго (2) и четвертого (6) входных транзисторов, первый (10) выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, второй (11) выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго (2) входного транзистора, вспомогательный источник напряжения смещения (12), к которому подключены базы первого (10) и второго (11) выходных транзисторов, цепь нагрузки (13), связанную с противофазными выходами устройства (14) и (15), а также коллекторами первого (10) и второго (11) выходных транзисторов, согласованную с шиной второго (16) источника питания, первый (17) и второй (18) вспомогательные резисторы, отличающийся тем, что в схему введены первый (19) и второй (20) дополнительные транзисторы, коллектор первого (19) дополнительного транзистора связан с шиной второго (16) источника питания через первый (17) вспомогательный резистор, эмиттер соединен с коллектором третьего (5) входного транзистора, а база подключена к эмиттеру первого (10) выходного транзистора, коллектор второго (20) дополнительного транзистора связан с шиной второго (16) источника питания через второй (18) вспомогательный резистор, эмиттер соединен с коллектором четвертого (6) входного транзистора, а база подключена к эмиттеру второго (11) выходного транзистора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011136623/08A RU2468502C1 (ru) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011136623/08A RU2468502C1 (ru) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2468502C1 true RU2468502C1 (ru) | 2012-11-27 |
Family
ID=49255028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011136623/08A RU2468502C1 (ru) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2468502C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2595926C1 (ru) * | 2015-07-23 | 2016-08-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Биполярно-полевой операционный усилитель |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5461342A (en) * | 1994-07-13 | 1995-10-24 | Texas Instruments Incorporated | Wide bandwidth, phase-stable amplifier circuit and method |
| US20100264986A1 (en) * | 2009-04-21 | 2010-10-21 | Number 14 B.V. | Class AB Amplifier Systems |
| RU2412528C1 (ru) * | 2009-08-11 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
| RU2421887C1 (ru) * | 2010-05-27 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
-
2011
- 2011-09-02 RU RU2011136623/08A patent/RU2468502C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5461342A (en) * | 1994-07-13 | 1995-10-24 | Texas Instruments Incorporated | Wide bandwidth, phase-stable amplifier circuit and method |
| US20100264986A1 (en) * | 2009-04-21 | 2010-10-21 | Number 14 B.V. | Class AB Amplifier Systems |
| RU2412528C1 (ru) * | 2009-08-11 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
| RU2421887C1 (ru) * | 2010-05-27 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2595926C1 (ru) * | 2015-07-23 | 2016-08-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Биполярно-полевой операционный усилитель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2393627C1 (ru) | Широкополосный операционный усилитель с дифференциальным выходом | |
| RU2421879C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
| De Marcellis et al. | A novel low-voltage low-power fully differential voltage and current gained CCII for floating impedance simulations | |
| RU2468502C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2380824C1 (ru) | Усилитель переменного тока с управляемым усилением | |
| RU2536672C1 (ru) | Составной транзистор с малой выходной емкостью | |
| Ayten et al. | Electronically tunable sinusoidal oscillator circuit with current and voltage outputs | |
| RU2475942C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
| Alpaslan et al. | New grounded inductor simulator using unity gain cells | |
| Mirvakili et al. | Passive frequency compensation for high gain‐bandwidth and high slew‐rate two‐stage OTA | |
| RU2568317C1 (ru) | Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов | |
| RU2384938C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель с управляемым усилением | |
| RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2419187C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенной стабильностью нулевого уровня | |
| RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2568316C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным частотным диапазоном | |
| RU2572376C1 (ru) | Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот | |
| RU2568780C1 (ru) | Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот | |
| RU2389130C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с управляемым усилением | |
| RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
| RU2589323C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| RU2383099C2 (ru) | Дифференциальный усилитель с низкоомными входами | |
| RU2320078C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2459348C1 (ru) | Операционный усилитель с цепью коррекции коэффициента усиления | |
| RU2571369C1 (ru) | Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130903 |