RU2479113C1 - Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом - Google Patents
Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479113C1 RU2479113C1 RU2012106541/08A RU2012106541A RU2479113C1 RU 2479113 C1 RU2479113 C1 RU 2479113C1 RU 2012106541/08 A RU2012106541/08 A RU 2012106541/08A RU 2012106541 A RU2012106541 A RU 2012106541A RU 2479113 C1 RU2479113 C1 RU 2479113C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- current
- emitter
- amplifier
- 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. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот за счет обеспечения повышения верхней граничной частоты. Усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, резистор местной обратной связи (3), управляемый источник тока (4), первую (5) шину источника питания, первый (6) токовый выход, второй (7) токовый выход, управляющий вход (8), выход вспомогательного усилителя напряжения (9), первый (10) буферный усилитель, первый (11) токостабилизирующий двухполюсник, вторую (12) шину источника питания, второй (13) буферный усилитель, второй (14) токостабилизирующий двухполюсник, первый (15) и второй (16) вспомогательные резисторы, первый (17) и второй (18) выходы устройства, их общий узел (19), первую (20) и вторую (21) паразитные емкости. В усилителе первый (17) выход устройства связан с эмиттером второго (2) входного транзистора через первый (22) корректирующий конденсатор, а второй (18) выход устройства связан с эмиттером первого (1) входного транзистора через второй (23) корректирующий конденсатор. 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 широкополосных усилителях, компараторах, мостовых усилителях мощности и т.п.
Известны схемы широкополосных дифференциальных усилителей (ДУ) на основе классического входного каскада с местной отрицательной обратной связью и дифференциальным выходом, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем [1-22].
Кроме того, ДУ данного класса активно применяются в структуре СВЧ-устройств, реализованных на базе SiGe-технологий. Это связано с возможностью построения на их основе активных RC-фильтров гигагерцевого диапазона для современных и перспективных систем связи, мостовых усилителей мощности и т.п. [23-24].
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в патенте US 7.795.974, fig.3, содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор местной обратной связи 3, управляемый источник тока 4, общая эмиттерная цепь которого соединена с первой 5 шиной источника питания, первый 6 токовый выход соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора, второй 7 токовый выход соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, а управляющий вход 8 подключен к выходу вспомогательного усилителя напряжения 9, первый 10 буферный усилитель, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора и через первый 11 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 12 шиной источника питания, второй 13 буферный усилитель, вход которого соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и через второй 14 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 12 шиной источника питания, первый 15 и второй 16 последовательно соединенные вспомогательные резисторы, включенные между первым 17 и вторым 18 выходами устройства, общий узел которых 19 связан с неинвертирующим входом вспомогательного усилителя напряжения 9, первая 20 и вторая 21 паразитные емкости, связанные с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов.
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет недостаточно широкий диапазон рабочих частот, что обусловлено постоянными времени (τ1, τ2) в высокоимпедансных коллекторных цепях первого 1 и второго 2 входных транзисторов:
где r11, r14 - эквивалентные проводимости в коллекторных цепях первого 1 и второго 2 входных транзисторов;
C20, C21 - эквивалентные емкости, обусловленные паразитными емкостями на подложку элементов схемы 1, 11 и 14, 2. Если С20=С21≤0,5 пФ, а r11≈r14≈106 Ом, то τ2=τ1=5·10-7 с, что отрицательно сказывается на верхней граничной частоте 
устройства.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых обеспечивается повышение верхней граничной частоты fВ ДУ (по уровню - 3дБ).
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор местной обратной связи 3, управляемый источник тока 4, общая эмиттерная цепь которого соединена с первой 5 шиной источника питания, первый 6 токовый выход соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора, второй 7 токовый выход соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, а управляющий вход 8 подключен к выходу вспомогательного усилителя напряжения 9, первый 10 буферный усилитель, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора и через первый 11 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 12 шиной источника питания, второй 13 буферный усилитель, вход которого соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и через второй 14 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 12 шиной источника питания, первый 15 и второй 16 последовательно соединенные вспомогательные резисторы, включенные между первым 17 и вторым 18 выходами устройства, общий узел которых 19 связан с неинвертирующим входом вспомогательного усилителя напряжения 9, первая 20 и вторая 21 паразитные емкости, связанные с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - первый 17 выход устройства связан с эмиттером второго 2 входного транзистора через первый 22 корректирующий конденсатор, а второй 18 выход устройства связан с эмиттером первого 1 входного транзистора через второй 23 корректирующий конденсатор.
На фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.
На фиг.2 показано заявляемое устройство.
На фиг.3 приведена схема заявляемого ДУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На фиг.4 представлена частотная зависимость коэффициента усиления (Ky) ДУ фиг.3 при различных значениях емкостей конденсаторов C1=C2=Cvar, соответствующих элементов 22 и 23 в схеме фиг.2.
На фиг.5 показана зависимость выходных напряжений ДУ фиг.3 при входном сигнале in1=100 мкВ на частоте 1МГц и значениях С1=С2=1 пФ.
Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор местной обратной связи 3, управляемый источник тока 4, общая эмиттерная цепь которого соединена с первой 5 шиной источника питания, первый 6 токовый выход соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора, второй 7 токовый выход соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, а управляющий вход 8 подключен к выходу вспомогательного усилителя напряжения 9, первый 10 буферный усилитель, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора и через первый 11 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 12 шиной источника питания, второй 13 буферный усилитель, вход которого соединен с коллектором второго 2 с входного транзистора и через второй 14 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 12 шиной источника питания, первый 15 и второй 16 последовательно соединенные вспомогательные резисторы, включенные между первым 17 и вторым 18 выходами устройства, общий узел которых 19 связан с неинвертирующим входом вспомогательного усилителя напряжения 9, первая 20 и вторая 21 паразитные емкости, связанные с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов. Первый 17 выход устройства связан с эмиттером второго 2 входного транзистора через первый 22 корректирующий конденсатор, а второй 18 выход устройства связан с эмиттером первого 1 входного транзистора через второй 23 корректирующий конденсатор.
Управляемый источник тока 4 реализован в схеме фиг.2 на базе транзисторов 24, 25 и резисторов 26, 27.
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.
Статический режим по току транзисторов предлагаемого ДУ фиг.2 устанавливается цепью отрицательной обратной связи и токостабилизирующими двухполюсниками 11 и 14. Причем коллекторные (Iкi) токи транзисторов схемы:
IK24=IK25≈I0,
где I0 - заданное значение опорного тока, например 1 мА.
Статические напряжения на выходах ДУ 17 и 18 при нулевом входном сигнале (uвх=0) близко к нулю, что обеспечивается вспомогательным усилителем напряжения 9:
В заявляемом ДУ за счет введения корректирующих конденсаторов 22 и 23 почти на порядок расширяется диапазон рабочих частот (фиг.4) - верхняя граничная частота fВ увеличивается от 1,1 мГц до 8,5 мГц. Данный эффект объясняется взаимной компенсацией паразитной емкости на подложку С20 (С21) емкостью корректирующего конденсатора 23 (22). При этом, эффективные емкости С20.эф, С21.эф при R2>>rэ1=rэ2 уменьшаются до величины:
где α1≈α2≈0,9÷0,99 - коэффициент усиления по току эмиттера транзисторов 1 и 2 при токах эмиттера (1÷0,25) мА;
rэ1=rэ2=25÷100 Ом - сопротивления эмиттера переходов транзисторов 1 и 2.
В результате эквивалентные постоянные времени в высокоимпедансных узлах (коллекторах транзисторов 1 и 2) уменьшаются, что повышает почти на порядок верхнюю граничную частоту fВ ДУ (фиг.4).
Результаты компьютерного моделирования схемы фиг.3 показывают (фиг.4), что на основе предлагаемого ДУ (фиг.2) могут быть построены широкополосные драйверы дифференциальных линий связи, усилители мощности, фазорасщепители с повышенным коэффициентом усиления и т.п.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США №5.666.888
2. Патент США №5.767.741
3. Патентная заявка 20020053935
4. Патент США №5.550.512
5. Патент США 5.256.984
6. Патент США №4.439.696
7. А.св. СССР 600545
8. Патент США 5.389.893
9. Патент США 5.914.639
10. Патент США 5.521.544
11. Патент США №4.721.920
12. Патентная заявка 20040251965 A1
13. Патент США №5.065.112
14. Патент США №5.521.544
15. Патент США №4.288.707
16. Патент США №5.774.020
17. Патент США №4.498.053
18. Патент США №5.610.547, фиг.19
19. Патент США №6.369.618, фиг.2
20. Патент США №6.111.463, фиг.1
21. Патент США №5.610.547
22. Патент США 4.385.364
23. 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.
24. 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.
Claims (1)
- Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор местной обратной связи (3), управляемый источник тока (4), общая эмиттерная цепь которого соединена с первой (5) шиной источника питания, первый (6) токовый выход соединен с эмиттером первого (1) входного транзистора, второй (7) токовый выход соединен с эмиттером второго (2) входного транзистора, а управляющий вход (8) подключен к выходу вспомогательного усилителя напряжения (9), первый (10) буферный усилитель, вход которого соединен с коллектором первого (1) входного транзистора и через первый (11) токостабилизирующий двухполюсник связан со второй (12) шиной источника питания, второй (13) буферный усилитель, вход которого соединен с коллектором второго (2) входного транзистора и через второй (14) токостабилизирующий двухполюсник связан со второй (12) шиной источника питания, первый (15) и второй (16) последовательно соединенные вспомогательные резисторы, включенные между первым (17) и вторым (18) выходами устройства, общий узел которых (19) связан с неинвертирующим входом вспомогательного усилителя напряжения (9), первая (20) и вторая (21) паразитные емкости, связанные с коллекторами соответствующих первого (1) и второго (2) входных транзисторов, отличающийся тем, что первый (17) выход устройства связан с эмиттером второго (2) входного транзистора через первый (22) корректирующий конденсатор, а второй (18) выход устройства связан с эмиттером первого (1) входного транзистора через второй (23) корректирующий конденсатор.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012106541/08A RU2479113C1 (ru) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012106541/08A RU2479113C1 (ru) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2479113C1 true RU2479113C1 (ru) | 2013-04-10 |
Family
ID=49152437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012106541/08A RU2479113C1 (ru) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2479113C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641445C1 (ru) * | 2016-12-12 | 2018-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Широкополосный дифференциальный операционный усилитель |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2005102534A (ru) * | 2005-02-02 | 2006-07-10 | Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС) (RU) | Широкополосный усилитель |
| RU2310269C1 (ru) * | 2006-04-12 | 2007-11-10 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу |
| RU2393627C1 (ru) * | 2009-02-18 | 2010-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный операционный усилитель с дифференциальным выходом |
| JP2011250084A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Sony Corp | ジャイレータ回路、広帯域増幅器及び無線通信装置 |
-
2012
- 2012-02-22 RU RU2012106541/08A patent/RU2479113C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2005102534A (ru) * | 2005-02-02 | 2006-07-10 | Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС) (RU) | Широкополосный усилитель |
| RU2310269C1 (ru) * | 2006-04-12 | 2007-11-10 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу |
| RU2393627C1 (ru) * | 2009-02-18 | 2010-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный операционный усилитель с дифференциальным выходом |
| JP2011250084A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Sony Corp | ジャイレータ回路、広帯域増幅器及び無線通信装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641445C1 (ru) * | 2016-12-12 | 2018-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Широкополосный дифференциальный операционный усилитель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2393627C1 (ru) | Широкополосный операционный усилитель с дифференциальным выходом | |
| RU2566963C1 (ru) | Дифференциальный входной каскад быстродействующего операционного усилителя для кмоп-техпроцессов | |
| RU2479113C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2467470C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
| RU2479112C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
| RU2475942C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
| US9401679B1 (en) | Apparatus and method for improving power supply rejection ratio | |
| RU2583760C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2321156C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
| RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
| Mallek et al. | A fully-differential regulated telescopic operational transconductance amplifier | |
| RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2452077C1 (ru) | Операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2421893C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2432667C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2383099C2 (ru) | Дифференциальный усилитель с низкоомными входами | |
| RU2568316C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным частотным диапазоном | |
| RU2572376C1 (ru) | Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот | |
| RU2504896C1 (ru) | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя | |
| RU2571369C1 (ru) | Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном | |
| RU2475947C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
| RU2475945C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
| RU2394360C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенным входным сопротивлением | |
| RU2419193C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140223 |