RU2475940C1 - Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель - Google Patents

Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель Download PDF

Info

Publication number
RU2475940C1
RU2475940C1 RU2011150792/08A RU2011150792A RU2475940C1 RU 2475940 C1 RU2475940 C1 RU 2475940C1 RU 2011150792/08 A RU2011150792/08 A RU 2011150792/08A RU 2011150792 A RU2011150792 A RU 2011150792A RU 2475940 C1 RU2475940 C1 RU 2475940C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
auxiliary transistor
emitter
base
collector
circuit
Prior art date
Application number
RU2011150792/08A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Александр Игоревич Серебряков
Петр Сергеевич Будяков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2011150792/08A priority Critical patent/RU2475940C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2475940C1 publication Critical patent/RU2475940C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение стабильности коэффициента усиления по напряжению при радиационном воздействии. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1) с общей эмиттерной цепью (2), первым (3) и вторым (4) токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки (5) и выходами устройства (6), (7), первый (8) вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1), эмиттер подключен к шине источника питания (9) и эмиттеру второго (10) вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго (10) вспомогательного транзистора и эмиттером третьего (11) вспомогательного транзистора, причем база третьего (11) вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго (10) вспомогательного транзистора и через первый (12) токостабилизирующий двухполюсник связана со второй (13) шиной источника питания. Коллектор третьего (11) вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1). 3 з.п. ф-лы, 7 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, операционных усилителях (ОУ), компараторах, аналоговых интерфесах).
В современной микроэлектронике широко применяются классические дифференциальные усилители (ДУ) (фиг.1), которые используются в качестве элементов эмиттерно-связанной логики, драйверов линий связи, элементарных операционных усилителей и фильтров. Коэффициент усиления по напряжению таких ДУ (Ку) существенно зависит от уровня радиации из-за деградации β-транзисторов.
Для установления статического режима дифференциальных каскадов широко используются источники опорного тока на трех транзисторах (фиг.1) [1-9], которые однако не обеспечивают высокий уровень стабильности коэффициента усиления при воздействии потока нейтронов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ДУ (фиг.1), рассмотренный в патенте США №7737783. Он содержит входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания,
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что под влиянием потока нейтронов его коэффициент усиления по напряжению существенно изменяется.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении стабильности коэффициента усиления по напряжению при радиационном воздействии.
Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - коллектор третьего 11 вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1.
Схема заявляемого устройства, соответствующего п.1 - п.4 формулы изобретения, показана на фиг.2. На фиг.3 представлен ДУ фиг.1. в котором показано конкретное выполнение входного каскада 1 в виде каскодного усилителя, а также цепи смещения потенциалов 16.
На фиг.4 показана моделируемая схема ДУ (PSpice модель n-p-n транзистора АВМК_1_3 НПО «Интеграл» г.Минск).
На фиг.5 приведена зависимость коэффициента усиления (Ку) от потока нейтронов F [н/м2] на частоте 5 МГц сравниваемых схем ДУ (прототипа фиг.1 и заявляемого ДУ фиг.4), а на чертеже фиг.6 - зависимость нормированных коэффициентов усиления по напряжению данных сравниваемых схем ДУ от потока нейтронов F [н/м2].
На фиг.7 приведена зависимость нормированных коэффициентов усиления по напряжению сравниваемых схем ДУ от потока нейтронов с увеличенным масштабом участка перекомпенсации.
Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания. Коллектор третьего 11 вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1.
На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, параллельно эмиттерно-базовому переходу третьего 11 вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы m≥1 дополнительных биполярных транзисторов 14.1, 14.2…, коллекторы которых подключены ко второй 13 шине источника питания.
Кроме этого, на фиг.2, в соответствии с п.3 формулы изобретения, параллельно эмиттерно-базовому переходу первого 8 вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы С≥1 компенсирующих транзисторов 15.1, 15.2…, причем коллекторы всех С≥1 компенсирующих транзисторов соединены с шиной положительного источника питания 6.
На фиг.3, в соответствии с п.4 формулы изобретения, коллектор первого 8 вспомогательного транзистора связан с общей эмиттерной цепью 2 входного каскада 1 через цепь смещения потенциалов 16, содержащую p-n переходы 21, 22, а входной каскад 1 реализован по классической схеме на транзисторах 17, 18, 19, 20. Для обеспечения идентичности статического режима транзисторов 8 и 10 по напряжению «коллектор-база» в эмиттер транзистора 11 включен p-n переход 23.
Рассмотрим работу известного, фиг.1, и предлагаемого, фиг.2, устройств.
Под воздействием радиации коэффициент усиления по напряжению (Ку) дифференциального усилителя фиг.1 деградирует. Рассмотрим факторы, влияющие на радиационную зависимость Ку в схеме фиг.1, а также принципы стабилизации этого важного динамического параметра в ДУ, фиг.2.
Основные уравнения на переменном токе для схемы фиг.1:
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
где iэ - приращение эмиттерного тока входных транзисторов ДУ под действием uвx.
rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов VT1, VT2, образующих входной каскад 1;
Figure 00000004
;
φт - температурный потенциал; βi - коэффициент усиления по току базы i-го транзистора;
Figure 00000005
;
Iэ1=I0/2 - статический ток эмиттера входных транзисторов.
Таким образом, коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.1
Figure 00000006
Уравнение (4) показывает, что при радиационном воздействии на дифференциальный каскад, фиг.1, изменение его Ку (при Rн=const, I0=const, φT=const) связано с деградацией β транзисторов.
Рассмотрим далее работу схемы на фиг.2.
Минимизация отрицательного влияния радиации на Ку может быть обеспечена путем целенаправленного управления током I0, который должен быть радиационно зависимым.
Уравнение (4) можно представить в виде
Figure 00000007
где
Figure 00000008
;
Figure 00000009
Для получения высокой стабильности Ку необходимо, чтобы произведение I0·F(β)=const, то есть ток I0 должен иметь функциональную связь с β транзисторов и под действием радиации изменяться по закону:
Figure 00000010
где
Figure 00000011
- составляющая тока I0, не зависящая от β транзисторов;
Figure 00000012
- составляющая тока I0, зависящая от β транзисторов и возрастающая по закону
Figure 00000013
под влиянием радиации.
Таким образом, в связи с уменьшением β транзисторов под действием потока нейтронов для стабилизации коэффициента усиления по напряжению в ДУ необходимо увеличивать ток общей эмиттерной цепи I0 в соответствии с уравнением (6).
Последние уравнения позволяют объяснить работу схемы ДУ фиг.2, имеющую заданную зависимость коэффициента усиления по напряжению от радиации.
Действительно, суммарный ток общей эмиттерной цепи ДУ фиг.2 зависит от коэффициентов «m» (14.1, 14.2) и «C» (15.1 и 15.2) числа транзисторов 14 и 15, а также коэффициента усиления по току базы (β) транзисторов 10, 8, 15:
Figure 00000014
За счет выбора коэффициентов m и C можно обеспечить заданную зависимость суммарного тока общей эмиттерной цепи ДУ от потока нейтронов.
Фиг.6 и 7 показывают, что при m=0, C=0 предлагаемый ДУ имеет перекомпенсацию радиационной зависимости Ку - с увеличением потока нейтронов Ку в данном случае увеличивается.
Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом по уровню радиационной стабильности Ку и возможности (за счет изменения коэффициентов m и C) управлять характером этой зависимости.
Литература
1. Патентная заявка JP №2004/214910 А 2004729.
2. Патентная заявка US №2009/0195312, fig.1.
3. Патентная заявка WO №2003/028210.
4. Патентная заявка US №2003/0169112, fig.7.
5. Патентная заявка US №2004/0227477, fig.1.
6. Патентная заявка US №2009/0184766.
7. Патент US №7737783.
8. Патент JP №54-34589, 98 (5) A 014.
9. Патентная заявка US №2006/0012432, fig.4A.

Claims (4)

1. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с общей эмиттерной цепью (2), первым (3) и вторым (4) токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки (5) и выходами устройства (6), (7), первый (8) вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1), эмиттер подключен к шине источника питания (9) и эмиттеру второго (10) вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго (10) вспомогательного транзистора и эмиттером третьего (11) вспомогательного транзистора, причем база третьего (11) вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго (10) вспомогательного транзистора и через первый (12) токостабилизирующий двухполюсник связана со второй (13) шиной источника питания, отличающийся тем, что коллектор третьего (11) вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1).
2. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель по п.1, отличающийся тем, что параллельно эмиттерно-базовому переходу третьего (11) вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы m≥1 дополнительных биполярных транзисторов (14.1), (14.2), коллекторы которых подключены ко второй (13) шине источника питания.
3. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель по п.1, отличающийся тем, что параллельно эмиттерно-базовому переходу первого (8) вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы С≥1 компенсирующих транзисторов (15.1), (15.2), причем коллекторы всех С компенсирующих транзисторов соединены с шиной положительного источника питания (6).
4. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель по п.1, отличающийся тем, что коллектор первого (8) вспомогательного транзистора связан с общей эмиттерной цепью (2) входного каскада (1) через цепь смещения потенциалов (16).
RU2011150792/08A 2011-12-13 2011-12-13 Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель RU2475940C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011150792/08A RU2475940C1 (ru) 2011-12-13 2011-12-13 Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011150792/08A RU2475940C1 (ru) 2011-12-13 2011-12-13 Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2475940C1 true RU2475940C1 (ru) 2013-02-20

Family

ID=49121179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011150792/08A RU2475940C1 (ru) 2011-12-13 2011-12-13 Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2475940C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1149380A1 (ru) * 1982-04-05 1985-04-07 Предприятие П/Я А-1335 Дифференциальный усилитель
SU1676065A1 (ru) * 1988-10-27 1991-09-07 Предприятие П/Я Х-5737 Операционный усилитель на КМОП транзисторах
RU1806440C (ru) * 1991-04-26 1993-03-30 Научно-исследовательский институт радиоприборостроения Дифференциальный усилитель напр жени
US6566931B2 (en) * 2000-07-25 2003-05-20 Nec Electronics Corporation Semiconductor integrated circuit device with level shift circuit
US7737783B2 (en) * 2008-01-31 2010-06-15 Icom Incorporated Differential amplifier

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1149380A1 (ru) * 1982-04-05 1985-04-07 Предприятие П/Я А-1335 Дифференциальный усилитель
SU1676065A1 (ru) * 1988-10-27 1991-09-07 Предприятие П/Я Х-5737 Операционный усилитель на КМОП транзисторах
RU1806440C (ru) * 1991-04-26 1993-03-30 Научно-исследовательский институт радиоприборостроения Дифференциальный усилитель напр жени
US6566931B2 (en) * 2000-07-25 2003-05-20 Nec Electronics Corporation Semiconductor integrated circuit device with level shift circuit
US7737783B2 (en) * 2008-01-31 2010-06-15 Icom Incorporated Differential amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419197C1 (ru) Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению
RU2421887C1 (ru) Дифференциальный усилитель с парафазным выходом
RU2475940C1 (ru) Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель
RU2536672C1 (ru) Составной транзистор с малой выходной емкостью
CN107395146B (zh) 一种恒定跨导放大器电路
RU2595927C1 (ru) Биполярно-полевой операционный усилитель
RU2321159C1 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель
RU2439780C1 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель
RU2432666C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания
RU2331964C1 (ru) Преобразователь "напряжение-ток"
RU2475941C1 (ru) Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом
RU2460206C1 (ru) Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания
RU2439778C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом
RU2432665C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания
RU2446555C2 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2416152C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2390922C1 (ru) Управляемый усилитель и аналоговый перемножитель сигналов на его основе
RU2436226C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом
RU2412537C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2416150C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2469465C1 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель
RU2568318C1 (ru) Мультидифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2412540C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2416154C1 (ru) Двухкаскадный дифференциальный усилитель с малым напряжением питания
RU2390911C2 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131214