RU2469462C1 - Избирательный усилитель - Google Patents
Избирательный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469462C1 RU2469462C1 RU2011140102/08A RU2011140102A RU2469462C1 RU 2469462 C1 RU2469462 C1 RU 2469462C1 RU 2011140102/08 A RU2011140102/08 A RU 2011140102/08A RU 2011140102 A RU2011140102 A RU 2011140102A RU 2469462 C1 RU2469462 C1 RU 2469462C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- transistor
- frequency
- input
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя за счет повышения коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. В избирательный усилитель последовательно со вторым (16) частотно-задающим резистором включен первый (17) корректирующий конденсатор, при этом параллельно первому (13) частотно-задающему резистору размещен по переменному току второй (18) корректирующий конденсатор, а выход устройства (11) связан с базой первого (1) входного транзистора через буферный усилитель 19. 5 ил.
Description
Предлагаемое 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 ИУ 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 на базе ячеек Гильберта [3-14], интегрированных в архитектуру RC-фильтров, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-14]. 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 (ИУ), представленный в патенте US 4528517. Он содержит первый 1 входной транзистор, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, второй 4 входной транзистор, эмиттер которого через второй 5 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, а база соединена со входом устройства 6, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, второй 8 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго 4 входного транзистора и базой третьего 9 выходного транзистора, источник вспомогательного напряжения 10, связанный с базами первого 7 и второго 8 выходных транзисторов, выход устройства 11, с которым связаны коллекторы второго 8 выходного транзистора и четвертого 12 выходного транзистора, первый 13 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 11 и второй 14 шиной источника питания, третий 15 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами третьего 9 и четвертого 12 выходных транзисторов и первой 3 шиной источника питания, причем база третьего 12 и выходного транзистора соединена с эмиттером первого 7 выходного транзистора, коллекторы первого 7 выходного и третьего 9 выходного транзисторов связаны со второй 14 шиной источника питания, а второй 16 частотно-задающий резистор включен между эмиттерами первого 1 и второго 4 входных транзисторов.
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики 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, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, второй 4 входной транзистор, эмиттер которого через второй 5 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, а база соединена со входом устройства 6, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, второй 8 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго 4 входного транзистора и базой третьего 9 выходного транзистора, источник вспомогательного напряжения 10, связанный с базами первого 7 и второго 8 выходных транзисторов, выход устройства 11, с которым связаны коллекторы второго 8 выходного транзистора и четвертого 12 выходного транзистора, первый 13 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 11 и второй 14 шиной источника питания, третий 15 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами третьего 9 и четвертого 12 выходных транзисторов и первой 3 шиной источника питания, причем база третьего 12 и выходного транзистора соединена с эмиттером первого 7 выходного транзистора, коллекторы первого 7 выходного и третьего 9 выходного транзисторов связаны со второй 14 шиной источника питания, а второй 16 частотно-задающий резистор включен между эмиттерами первого 1 и второго 4 входных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - последовательно со вторым 16 частотно-задающим резистором включен первый 17 корректирующий конденсатор, параллельно первому 13 частотно-задающему резистору включен по переменному току второй 18 корректирующий конденсатор, а выход устройства 11 связан с базой первого 1 входного транзистора через буферный усилитель 19.
Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.
На фиг.3 показана схема предлагаемого ИУ фиг.2 в среде Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов.
На фиг.4 приведена логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) коэффициента усиления по напряжению ИУ фиг.3 (укрупненный масштаб), а на фиг.5 - логарифмические амплитудно- и фазо-частотные характеристики ИУ фиг.3 в более мелком масштабе.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит первый 1 входной транзистор, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, второй 4 входной транзистор, эмиттер которого через второй 5 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, а база соединена со входом устройства 6, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, второй 8 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго 4 входного транзистора и базой третьего 9 выходного транзистора, источник вспомогательного напряжения 10, связанный с базами первого 7 и второго 8 выходных транзисторов, выход устройства 11, с которым связаны коллекторы второго 8 выходного транзистора и четвертого 12 выходного транзистора, первый 13 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 11 и второй 14 шиной источника питания, третий 15 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами третьего 9 и четвертого 12 выходных транзисторов и первой 3 шиной источника питания, причем база третьего 12 и выходного транзистора соединена с эмиттером первого 7 выходного транзистора, коллекторы первого 7 выходного и третьего 9 выходного транзисторов связаны со второй 14 шиной источника питания, а второй 16 частотно-задающий резистор включен между эмиттерами первого 1 и второго 4 входных транзисторов, последовательно со вторым 16 частотно-задающим резистором включен первый 17 корректирующий конденсатор, параллельно первому 13 частотно-задающему резистору включен по переменному току второй 18 корректирующий конденсатор, а выход устройства 11 связан с базой первого 1 входного транзистора через буферный усилитель 19, который реализован на транзисторе 20, p-n переходах 21-22 и источнике тока 23.
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.
Источник входного сигнала uвх в силу комплексного характера проводимости эмиттерных цепей (второй 16 частотно-задающий резистор и первый 17 корректирующий конденсатор) первого 1 и второго 4 входных транзисторов изменяет токи их коллекторов и, следовательно, эмиттерные, коллекторные и базовые токи первого 7, второго 8, третьего 9 и четвертого 12 выходных транзисторов. При этом токи коллекторов второго 8 и четвертого 12 входных транзисторов синфазны, а их величины непосредственно определяются токами I5 и I15 второго 5 и третьего 15 токостабилизирующих двухполюсников. Поэтому комплексная нагрузка (первый 13 частотно-задающий резистор и второй 18 корректирующий конденсатор) обеспечивает их преобразование в выходное напряжение (выход устройства 11) не только в соответствии с законом изменения сопротивлений этой нагрузки, но и согласно закону изменения коллекторных токов первого 1 и второго 4 входных транзисторов. Таким образом, характер сопротивления нагрузки (первый 13 частотно-задающий резистор и второй 18 корректирующий конденсатор) и структура проводимости эмиттерных цепей первого 1 и второго 4 входных транзисторов (второй 16 частотно-задающий резистор и первый 17 корректирующий конденсатор) обеспечивают резонансный вид амплитудно-частотной характеристики ИУ в широком диапазоне рабочих частот. Необходимые (требуемые) значения добротности Q и коэффициента усиления ИУ при сохранении неизменной частоты квазирезонанса f0 обеспечивается посредством подключения выхода устройства 11 через буферный усилитель 19, образованный транзистором 20, прямосмещенными переходами 21, 22 и источником тока 23 к базе первого 1 входного транзистора. Возникающая при этом обратная связь имеет реактивный характер в диапазоне низких частот (f<<f0) и комплексна в диапазоне верхних частот (f>f0). Поэтому изменение токов коллекторов первого 1 и второго 4 входных транзисторов приводит к аналогичному действию входного сигнала - изменению токов второго 8, третьего 9 и четвертого 12 выходных транзисторов и, следовательно, изменению напряжения на первом 13 частотно-задающем резисторе и втором 18 корректирующем конденсаторе. Глубина этой обратной связи будет определяться соотношением токов четвертого 12 выходного, первого 1 и второго 4 входных транзисторов. В силу указанных причин в данном ИУ реализуется высокая, определяемая глубиной обратной связи добротность Q и коэффициент усиления К0.
Покажем аналитически, что более высокие значения К0 и Q в диапазоне высоких частот реализуются в схеме фиг.2.
Действительно, комплексный коэффициент передачи по напряжению ИУ фиг.2 определяется по формуле:
τ1=С17(R16+h11.1+h11.4);
τ2=C18R13,
по напряжению ИУ на частоте f0;
αi - коэффициент передачи эмиттерного тока i-го транзистора;
h11.i-h11 - параметр i-го транзистора в схеме с общей базой;
I15, I0 - токи двухполюсников 15, 2 и 3, показанные на фиг.2.
Из приведенных соотношений следует, что численные значения добротности Q (3) и K0 (4) определяются не только соотношением резисторов R13 и R16, но могут задаваться (контролироваться) током третьего 15 токостабилизирующего двухполюсника I15, определяющим режим работы четвертого 12 и третьего 9 выходных транзисторов. При этом, как видно из соотношения (2), частота квазирезонанса f0 сохраняет свое численное значение.
В устройстве-прототипе (фиг.1)
где τ1=CKR16, τ2=CÏR13K'0,
CÏ - емкость на «подложку» транзисторов схемы, СK - емкость корректирующего конденсатора, - коэффициент усиления ИУ-прототипа в области низких частот.
Сравнение (3), (4) и (5) показывает, что введение в схему в соответствии с формулой изобретения дополнительных активных и пассивных элементов существенно повышает качественные показатели (Q и K0) избирательного усилителя.
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.4, фиг.5.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления на частоте квазирезонанса f0 и повышенными величинами добротности, характеризующей его избирательные свойства.
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. - p.50-53
2. СВЧ СФ-блоки систем связи на базе полностью дифференциальных операционных усилителей / Прокопенко Н.Н., Будяков А.С., K.Schmalz, C.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 №3931583, fig.7.
4. Патент US №6529075, fig.2.
5. Патент US №4779057, fig.1.
6. Патент US №4528517.
7. Патент US №4322688.
8. Патент US №6529075.
9. Патент US №4048577.
10. Патент US №4146844, fig.4.
11. Патент SU 1769345.
12. Патентная заявка JP 2004/88498.
13. Патент JP 54-34308, кл. 98 (5) А21.
14. Патент US №4147943.
Claims (1)
- Избирательный усилитель, содержащий первый (1) входной транзистор, эмиттер которого через первый (2) токостабилизирующий двухполюсник связан с первой (3) шиной источника питания, второй (4) входной транзистор, эмиттер которого через второй (5) токостабилизирующий двухполюсник связан с первой (3) шиной источника питания, а база соединена со входом устройства (6), первый (7) выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, второй (8) выходной транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго (4) входного транзистора и базой третьего (9) выходного транзистора, источник вспомогательного напряжения (10), связанный с базами первого (7) и второго (8) выходных транзисторов, выход устройства (11), с которым связаны коллекторы второго (8) выходного транзистора и четвертого (12) выходного транзистора, первый (13) частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства (11) и второй (14) шиной источника питания, третий (15) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами третьего (9) и четвертого (12) выходных транзисторов и первой (3) шиной источника питания, причем база третьего (12) и выходного транзистора соединена с эмиттером первого (7) выходного транзистора, коллекторы первого (7) выходного и третьего (9) выходного транзисторов связаны со второй (14) шиной источника питания, а второй (16) частотно-задающий резистор включен между эмиттерами первого (1) и второго (4) входных транзисторов, отличающийся тем, что последовательно со вторым (16) частотно-задающим резистором включен первый (17) корректирующий конденсатор, параллельно первому (13) частотно-задающему резистору включен по переменному току второй (18) корректирующий конденсатор, а выход устройства (11) связан с базой первого (1) входного транзистора через буферный усилитель (19).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011140102/08A RU2469462C1 (ru) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | Избирательный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011140102/08A RU2469462C1 (ru) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | Избирательный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2469462C1 true RU2469462C1 (ru) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011140102/08A RU2469462C1 (ru) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | Избирательный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2469462C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519035C1 (ru) * | 2013-01-31 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Управляемый избирательный усилитель |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
US20100007418A1 (en) * | 2003-09-15 | 2010-01-14 | Analog Devices, Inc. | Input system for a variable gain amplifier having class-ab transconductance stages |
US20100271127A1 (en) * | 2007-12-22 | 2010-10-28 | Klaus Zametzky | Electronic amplifier |
RU2423778C1 (ru) * | 2010-07-07 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией |
-
2011
- 2011-10-03 RU RU2011140102/08A patent/RU2469462C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100007418A1 (en) * | 2003-09-15 | 2010-01-14 | Analog Devices, Inc. | Input system for a variable gain amplifier having class-ab transconductance stages |
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 |
US20100271127A1 (en) * | 2007-12-22 | 2010-10-28 | Klaus Zametzky | Electronic amplifier |
RU2423778C1 (ru) * | 2010-07-07 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519035C1 (ru) * | 2013-01-31 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Управляемый избирательный усилитель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2467470C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479112C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469462C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2467469C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469466C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2488955C1 (ru) | Избирательный усилитель на основе неинвертирующего усилителя тока | |
RU2468505C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468506C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475943C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
RU2480895C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475947C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469463C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2465718C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479108C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2467471C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468499C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469464C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2480894C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475945C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479106C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475939C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2488953C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475944C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479116C1 (ru) | Избирательный усилитель |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131004 |