RU2475937C1 - Selective amplifier - Google Patents
Selective amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475937C1 RU2475937C1 RU2012100204/08A RU2012100204A RU2475937C1 RU 2475937 C1 RU2475937 C1 RU 2475937C1 RU 2012100204/08 A RU2012100204/08 A RU 2012100204/08A RU 2012100204 A RU2012100204 A RU 2012100204A RU 2475937 C1 RU2475937 C1 RU 2475937C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- bus
- input transistor
- current
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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.The present invention relates to the field of radio engineering and communications and can be used in microwave filtering devices of radio signals from cellular communication systems, satellite television, radar, etc.
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 (ИУ) 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 актуальной является задача построения СВЧ избирательных усилителей на трех-четырех транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц.Integrated operational amplifiers with special RC correction elements that form the amplitude-frequency characteristic of the resonance type are widely used today in the problems of extracting high-frequency and microwave signals [1, 2]. However, the classical construction of such selective amplifiers (DUTs) is accompanied by significant energy losses, which are mainly used to ensure the static mode of a sufficiently large number of transistors forming an operational amplifier of the microwave range [1, 2]. In this regard, the urgent task is to build microwave selective amplifiers on three or four transistors, providing a narrow spectrum of signals with a high quality factor of the resonant characteristic Q = 2 ÷ 10 and f 0 = 1 ÷ 5 GHz.
Известны схемы усилителей, интегрированных в архитектуру RC-фильтров на основе биполярных транзисторов, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-28]. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется входным корректирующим конденсатором.Known amplifier circuits integrated into the architecture of RC filters based on bipolar transistors, which provide the formation of the amplitude-frequency characteristics of the voltage gain in a given frequency range Δf = f in -f n [3-28]. Moreover, their upper cutoff frequency f in is sometimes formed by the inertia of the transistors of the circuit (capacitance per substrate), and the lower f n is determined by the input correction capacitor.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель (ИУ), представленный в патенте US 4267518, fig.6. Он содержит источник сигнала 1, связанный со входом устройства 2, первый 3 входной транзистор, эмиттер которого через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, а коллектор подключен ко второй 6 шине источника питания, второй 7 входной транзистор, база которого соединена со входом устройства 2, коллектор связан со второй 6 шиной источника питания через первый 8 частотозадающий резистор и соединен с выходом устройства 9, а эмиттер связан с первым выводом второго 10 токостабилизирующего двухполюсника, второй вывод которого подключен к первой 5 шине источника питания, первый корректирующий конденсатор 11.The closest prototype of the claimed device is a selective amplifier (IU), presented in patent US 4267518, fig.6. It contains a
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает высокую добротностьA significant disadvantage of the known device is that it does not provide high quality factor
амплитудно-частотной характеристики и коэффициент усиления по напряжению K0>1 на частоте квазирезонанса (f0).amplitude-frequency characteristics and voltage gain K 0 > 1 at the frequency of quasi-resonance (f 0 ).
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 f0=1÷5 ГГц.The main objective of the invention is to increase the quality factor of the frequency response of the amplifier and its voltage gain at the frequency of quasi-resonance f 0 . This allows in some cases to reduce the total energy consumption and to implement a high-quality selective device of the microwave range f 0 = 1 ÷ 5 GHz.
Поставленная задача решается тем, что в избирательном усилителе фиг.1, содержащем источник сигнала 1, связанный со входом устройства 2, первый 3 входной транзистор, эмиттер которого через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, а коллектор подключен ко второй 6 шине источника питания, второй 7 входной транзистор, база которого соединена со входом устройства 2, коллектор связан со второй 6 шиной источника питания через первый 8 частотозадающий резистор и соединен с выходом устройства 9, а эмиттер связан с первым выводом второго 10 токостабилизирующего двухполюсника, второй вывод которого подключен к первой 5 шине источника питания, первый корректирующий конденсатор 11, предусмотрены новые элементы и связи - между эмиттером второго 7 входного транзистора и первым выводом второго 10 токостабилизирующего двухполюсника включен прямосмещенный p-n переход 12, первый вывод второго 10 токостабилизирующего двухполюсника связан с эмиттером первого 3 входного транзистора через последовательно соединенные первый 11 корректирующий конденсатор и второй 13 частотозадающий резистор и соединен с базой дополнительного транзистора 14, коллектор которого подключен ко второй 6 шине источника питания, а эмиттер через третий 15 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 5 шиной источника питания и связан с эмиттером второго 7 входного транзистора через разделительный конденсатор 16, причем выход устройства 9 соединен с базой первого 3 входного транзистора и зашунтирован по переменному току вторым 17 корректирующим конденсатором.The problem is solved in that in the selective amplifier of figure 1, containing a
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На фиг.3 приведена схема заявляемого ИУ фиг.2 в среде Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов.Figure 3 shows a diagram of the inventive DUT of figure 2 in a Cadence environment on SiGe models of integrated transistors.
На фиг.4 показаны логарифмические амплитудно- и фазочастотные характеристики коэффициента усиления по напряжению в укрупненном масштабе, а на фиг.5 - логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению в более мелком масштабе.Figure 4 shows the logarithmic amplitude and phase frequency characteristics of the voltage gain in an enlarged scale, and figure 5 shows the logarithmic amplitude and frequency characteristics of the voltage gain in a smaller scale.
На фиг.6 показана схема ИУ в среде Pspice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» для f0≈1 МГц.Figure 6 shows the scheme of the DUT in the Pspice environment on the models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar for f 0 ≈ 1 MHz.
На фиг.7 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению ИУ фиг.6.Figure 7 shows the logarithmic amplitude-frequency characteristic of the voltage gain in the DUT of Fig.6.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит источник сигнала 1, связанный со входом устройства 2, первый 3 входной транзистор, эмиттер которого через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, а коллектор подключен ко второй 6 шине источника питания, второй 7 входной транзистор, база которого соединена со входом устройства 2, коллектор связан со второй 6 шиной источника питания через первый 8 частотозадающий резистор и соединен с выходом устройства 9, а эмиттер связан с первым выводом второго 10 токостабилизирующего двухполюсника, второй вывод которого подключен к первой 5 шине источника питания, первый корректирующий конденсатор 11. Между эмиттером второго 7 входного транзистора и первым выводом второго 10 токостабилизирующего двухполюсника включен прямосмещенный p-n переход 12, первый вывод второго 10 токостабилизирующего двухполюсника связан с эмиттером первого 3 входного транзистора через последовательно соединенные первый 11 корректирующий конденсатор и второй 13 частотозадающий резистор и соединен с базой дополнительного транзистора 14, коллектор которого подключен ко второй 6 шине источника питания, а эмиттер через третий 15 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 5 шиной источника питания и связан с эмиттером второго 7 входного транзистора через разделительный конденсатор 16, причем выход устройства 9 соединен с базой первого 3 входного транзистора и зашунтирован по переменному току вторым 17 корректирующим конденсатором.The selective amplifier of FIG. 2 contains a
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.Consider the operation of the DUT figure 2.
Комплексный коэффициент передачи по напряжению Ky(jf) избирательного усилителя фиг.2 определяется соотношением, которое можно получить с помощью известных методов анализа электронных схем:The complex voltage transfer coefficient K y (jf) of the selective amplifier of FIG. 2 is determined by the ratio that can be obtained using known methods of analysis of electronic circuits:
где f - частота сигнала;where f is the signal frequency;
Q - добротность АЧХ избирательного усилителя;Q is the quality factor of the frequency response of the selective amplifier;
K0 - коэффициент усиления ИУ на частоте квазирезонанса f0;K 0 is the gain of the DUT at the frequency of quasi-resonance f 0 ;
f0 - частота квазирезонанса.f 0 is the frequency of quasi-resonance.
ПричемMoreover
где C11, C17 - емкости конденсаторов 11 и 17;where C 11 , C 17 are capacitances of
- входное сопротивление i-го транзистора в схеме с общей базой; - input resistance of the i-th transistor in a circuit with a common base;
φт≈25 мВ - температурный потенциал;φ t ≈25 mV - temperature potential;
Iэi - статический ток эмиттера i-го транзистора;I ei is the static current of the emitter of the i-th transistor;
αi<1 - коэффициент усиления по току эмиттера i-го транзистора.α i <1 - current gain of the emitter of the i-th transistor.
KiΣ≈2α7 - коэффициент усиления схемы по току iR. (7)K iΣ ≈2α 7 is the current gain of the circuit i R. (7)
Если выбрать τ1=τ2, R8=R13+h11.3+2h11.7, то уравнения для Q (6) и K0 (5) существенно упрощаются:If we choose τ 1 = τ 2 , R 8 = R 13 + h 11.3 + 2h 11.7 , then the equations for Q (6) and K 0 (5) are significantly simplified:
Это позволяет за счет целенаправленного выбора параметров элементов получить заданные значения Q (8) и K0 (9).This makes it possible to obtain the set values Q (8) and K 0 (9) due to the purposeful choice of the parameters of the elements.
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.4, фиг.5, фиг.7.These theoretical conclusions confirm the graphs of figure 4, figure 5, figure 7.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления K0 на частоте квазирезонанса f0 и повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.Thus, the claimed circuit solution is characterized by higher values of the gain K 0 at the frequency of quasi-resonance f 0 and increased values of the quality factor Q, characterizing its selective properties.
ЛитератураLiterature
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.50-53.1. 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., K.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.583-586.2. Microwave SF blocks of communication systems based on fully differential operational amplifiers \ Prokopenko NN, Budyakov AS, K.Schmalz, S.Scheytt \\ Problems of developing promising micro- and nanoelectronic systems - 2010. Proceedings / under the general. ed. Academician of the Russian Academy of Sciences A.L. Stempkovsky. - M .: IPPM RAS, 2010. - P.583-586.
3. Патент WO/2006/077525.3. Patent WO / 2006/077525.
4. Патент US 4267518, fig.6.4. Patent US 4267518, fig. 6.
5. Патент RU 2101850, fig.1.5. Patent RU 2101850, fig. 1.
6. Патент WO/2007/022705.6. Patent WO / 2007/022705.
7. Патентная заявка US 2006/0186951, fig.3.7. Patent application US 2006/0186951, fig. 3.
8. Патентная заявка US 2007/0040604, fig.3.8. Patent application US 2007/0040604, fig. 3.
9. Патент WO/03052925A1, fig.3.9. Patent WO / 03052925A1, fig. 3.
10. Патент US 6011431, fig.4.10. Patent US 6011431, fig. 4.
11. Патент US 5331478, fig.3.11. Patent US 5331478, fig. 3.
12. Патент US 4885548, fig.9.12. US patent 4885548, fig. 9.
13. Патент US 4974916, fig.1.13. Patent US 4944916, fig. 1.
14. Патентная заявка US 2008/0122530, fig.4.14. Patent application US 2008/0122530, fig. 4.
15. Патент US 5298802.15. Patent US 5298802.
16. Патент US 2009/0261899, fig.3.16. Patent US 2009/0261899, fig. 3.
17. Патент CN 101204009.17. Patent CN 101204009.
18. Патент ЕР 1844547.18. Patent EP 1844547.
19. Патент UA 17276.19. Patent UA 17276.
20. Патент US 2009/0289714, fig.4.20. Patent US 2009/0289714, fig. 4.
21. Патент US 7202762.21. Patent US 7202762.
22. Патент US 6188272.22. Patent US 6188272.
23. Патент US 5847605.23. Patent US 5847605.
24. Патент US 7116961.24. Patent US 7116961.
25. Патентная заявка US 2011/0109388, fig.2.25. Patent application US 2011/0109388, fig.2.
26. Патентная заявка US 2006/0186951, fig.2.26. Patent application US 2006/0186951, fig.2.
27. Патент US 5012201, fig.2.27. Patent US 5012201, fig.2.
28. Патентная заявка US 2010/0201437, fig.2.28. Patent application US 2010/0201437, fig.2.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100204/08A RU2475937C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100204/08A RU2475937C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2475937C1 true RU2475937C1 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=49121176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012100204/08A RU2475937C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475937C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4A (en) * | 1836-08-10 | Stock | ||
SU543133A1 (en) * | 1975-01-17 | 1977-01-15 | Предприятие П/Я В-8542 | Amplifier |
US4267518A (en) * | 1979-09-13 | 1981-05-12 | Sperry Corporation | Gain controllable amplifier stage |
SU1343543A1 (en) * | 1985-12-20 | 1987-10-07 | Минский радиотехнический институт | Amplifier |
US20070170956A1 (en) * | 2006-01-26 | 2007-07-26 | Industrial Technology Research Institute | Sense amplifier |
-
2012
- 2012-01-10 RU RU2012100204/08A patent/RU2475937C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4A (en) * | 1836-08-10 | Stock | ||
SU543133A1 (en) * | 1975-01-17 | 1977-01-15 | Предприятие П/Я В-8542 | Amplifier |
US4267518A (en) * | 1979-09-13 | 1981-05-12 | Sperry Corporation | Gain controllable amplifier stage |
SU1343543A1 (en) * | 1985-12-20 | 1987-10-07 | Минский радиотехнический институт | Amplifier |
US20070170956A1 (en) * | 2006-01-26 | 2007-07-26 | Industrial Technology Research Institute | Sense amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2467470C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479112C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475937C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467469C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475944C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469466C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2474039C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488955C1 (en) | Non-inverting current amplifier-based selective amplifier | |
RU2467471C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2463702C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480895C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488952C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475943C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475945C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469462C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485675C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468505C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468506C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480896C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479106C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479108C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479116C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479114C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475947C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2504073C1 (en) | Selective amplifier with paraphase output |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140111 |