RU2480895C1 - Избирательный усилитель - Google Patents
Избирательный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480895C1 RU2480895C1 RU2012101722/08A RU2012101722A RU2480895C1 RU 2480895 C1 RU2480895 C1 RU 2480895C1 RU 2012101722/08 A RU2012101722/08 A RU 2012101722/08A RU 2012101722 A RU2012101722 A RU 2012101722A RU 2480895 C1 RU2480895 C1 RU 2480895C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- emitter
- output
- collector
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. Избирательный усилитель содержит входной и выходной транзисторы. База выходного транзистора подключена к источнику вспомогательного напряжения, эмиттер связан со второй шиной источника питания, а коллектор подключен к выходу устройства и соединен с первой шиной источника питания. Эмиттер входного транзистора связан с первой шиной источника питания, база соединена с источником дополнительного напряжения, а коллектор соединен с входом дополнительного токового зеркала, коллекторный вход которого подключен к источнику дополнительного напряжения, а эмиттерный выход связан с эмиттером выходного транзистора и соединен с источником входного напряжения. Кроме того, между коллектором выходного и эмиттером входного транзисторов включены последовательно соединенные корректирующий конденсатор и частотозадающий резистор. 9 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 (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 достаточно актуальной является задача построения СВЧ избирательных усилителей ИУ на трех-четырех транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с достаточно высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц.
Известны схемы усилителей, интегрированных в архитектуру RC-фильтров на основе 3-5 транзисторов, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-10]. 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 усилитель, представленный в патенте US 4.600.893. Он содержит источник входного напряжения 1, входной транзистор 2, эмиттер которого через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, выходной транзистор 5, база которого подключена к источнику вспомогательного напряжения 6, эмиттер через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 8 шиной источника питания, а коллектор подключен к выходу устройства 9 и через резистор нагрузки 10 соединен с первой 4 шиной источника питания.
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 усилителе фиг.1, содержащем источник входного напряжения 1, входной транзистор 2, эмиттер которого через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, выходной транзистор 5, база которого подключена к источнику вспомогательного напряжения 6, эмиттер через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 8 шиной источника питания, а коллектор подключен к выходу устройства 9 и через резистор нагрузки 10 соединен с первой 4 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - база входного транзистора 2 соединена с источником дополнительного напряжения 11, коллектор входного транзистора 2 соединен со входом дополнительного токового зеркала 12, коллекторный выход которого подключен к источнику дополнительного напряжения 13, а эмиттерный выход 14 через частотозадающий резистор 15 связан с эмиттером выходного транзистора 5 и через первый 16 корректирующий конденсатор соединен с источником входного напряжения 1, причем между коллектором выходного 5 и эмиттером входного 2 транзисторов включены последовательно соединенные второй 17 корректирующий конденсатор и второй 18 частотозадающий резистор.
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.
На фиг.3 приведена схема ИУ фиг.2 с буферным усилителем 19 на транзисторе Q1 в среде Cadence и корректирующим конденсатором С7 (21).
На фиг.4 показаны логарифмические амплитудно-частотная (ЛАЧХ) и фазочастотная характеристики ИУ фиг.3 в диапазоне частот от 1 кГц до 100 ГГц, а на фиг.5 - в диапазоне частот от 100 МГц до 10 ГГц.
На фиг.6 приведена схема ИУ без выходного буферного усилителя 19.
На фиг.7 показан статический режим ИУ фиг.6.
На фиг.8 показаны логарифмические амплитудно-частотная (АЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики ИУ фиг.6, в диапазоне частот от 1 кГц до 100 ГГц.
На фиг.9 приведено сравнение ЛАЧХ ИУ с коррекцией (фиг.3) и без коррекции (фиг.6) конденсатором 21 (С7) в диапазоне частот от 100 МГц до 100 ГГц.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит источник входного напряжения 1, входной транзистор 2, эмиттер которого через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, выходной транзистор 5, база которого подключена к источнику вспомогательного напряжения 6, эмиттер через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 8 шиной источника питания, а коллектор подключен к выходу устройства 9 и через резистор нагрузки 10 соединен с первой 4 шиной источника питания. База входного транзистора 2 соединена с источником дополнительного напряжения 11, коллектор входного транзистора 2 соединен со входом дополнительного токового зеркала 12, коллекторный выход которого подключен к источнику дополнительного напряжения 13, а эмиттерный выход 14 через частотозадающий резистор 15 связан с эмиттером выходного транзистора 5 и через первый 16 корректирующий конденсатор соединен с источником входного напряжения 1, причем между коллектором выходного 5 и эмиттером входного 2 транзисторов включены последовательно соединенные второй 17 корректирующий конденсатор и второй 18 частотозадающий резистор. Токовое зеркало 12 реализуется по традиционным схемам (например, фиг.3).
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.
Источник входного сигнала 1 посредством входной дифференцирующей цепи, образованной конденсатором 16 и резистором 15, изменяет эмиттерный ток транзистора 5. Преобразование этого тока в коллекторный ток обеспечивает в силу интегрирующей цепи нагрузки транзистора 5, образованной резисторами 10, 18 и конденсатором 17, в выходное напряжение ИУ (Вых.u). Именно поэтому характер частотной зависимости схемы соответствует полосно-пропускающему фильтру, частота полюса которого совпадает с частотой квазирезонанса (f0) ИУ. Преобразование части выходного напряжения ИУ через RC-цепь, образованную последовательным соединением конденсатора 17 и резистора 18 в эмиттерный ток транзистора 2, обеспечивает реализацию контура регенеративной обратной связи, которая в области нижних частот f<f0 имеет реактивный характер. Коллекторный ток транзистора 2 посредством токового зеркала 12 обеспечивает масштабное преобразование этого тока и в силу структуры входной цепи ИУ (конденсатор 16, резисторы 15 и 7) обеспечивает его интегрирующее преобразование в напряжение, часть которого масштабно (резисторы 15 и 7) преобразуется в эмиттерный ток транзистора 5. Таким образом, характер АЧХ и ФЧХ контура обратной связи совпадает с аналогичными зависимостями ИУ, и поэтому действие обратной связи направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления К0 схемы при сохранении частоты квазирезонанса f0. Глубина вещественной обратной связи (f=f0) непосредственно определяется указанным выше масштабированием токов и, следовательно, зависит от коэффициента передачи токового зеркала 12.
Для увеличения асимптотического затухания ИУ в области верхних частот (f>>f0) к его выходу можно подключить буферный усилитель 19 с шунтируемой емкостью 21.
Комплексный коэффициент передачи по напряжению Kу(jf) избирательного усилителя фиг.2 определяется соотношением, которое можно получить с помощью методов анализа электронных схем:
где f - частота сигнала;
f0 - частота квазирезонанса;
τ1=C16(R15+h11.5),
где Ki13 - коэффициент передачи по току токового зеркала 12;
α1 - коэффициент передачи эмиттерного тока i-го транзистора.
Важной особенностью схемы фиг.2 является возможность реализации ИУ с различными потребительскими свойствами. Так при выборе условия
а также за счет выбора структуры токового зеркала 12 (как видно из соотношения (3)) можно получить
Такой ИУ характеризуется низкой параметрической чувствительностью основных параметров:
Однако при высокой добротности (Q>>1) это сопровождается уменьшением динамичного диапазона схемы.
С другой стороны, как следует из (3), при реализации условия τ1=τ2 можно получить
Следовательно, за счет выбора значения коэффициента передачи по току Ki13 токового зеркала 12 можно реализовать требуемое значение добротности Q и его коэффициента усиления К0 (4). При этом, как это следует из (2), значение частоты квазирезонанса f0 и ее параметрическая чувствительность не изменяются.
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.4, фиг.5, фиг.8, фиг.9.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления на частоте квазирезонанса f0 и повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.
Источники информации
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., К.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.
3. Операционный усилитель 1427УД1 (NE5517) // Справочник: операционные усилители и компараторы (Авербух В.Д. и др.). - М.: Изд-во «Додэка-XXI», 2001. - стр.225.
4. Операционный усилитель СФ3078 // Справочник: операционные усилители и компараторы (Авербух В.Д. и др.). - М.: Изд-во «Додэка-XXI», 2001. - стр.106.
5. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. - М.: Мир, 1991. - Операционный усилитель LM13600, рис.8.2.1,
6. Патент US 5.371.476.
7. Патент US 3.982.197.
8. Патент US 4.799.026.
9. Патент US 6.750.714.
10. Патент US 4.241.315 fig.4.
Claims (1)
- Избирательный усилитель, содержащий источник входного напряжения (1), входной транзистор (2), эмиттер которого через первый (3) токостабилизирующий двухполюсник связан с первой (4) шиной источника питания, выходной транзистор (5), база которого подключена к источнику вспомогательного напряжения (6), эмиттер через второй (7) токостабилизирующий двухполюсник связан со второй (8) шиной источника питания, а коллектор подключен к выходу устройства (9) и через резистор нагрузки (10) соединен с первой (4) шиной источника питания, отличающийся тем, что база входного транзистора (2) соединена с источником дополнительного напряжения (11), коллектор входного транзистора (2) соединен со входом дополнительного токового зеркала (12), коллекторный выход которого подключен к источнику дополнительного напряжения (13), а эмиттерный выход (14) через частотозадающий резистор (15) связан с эмиттером выходного транзистора (5) и через первый (16) корректирующий конденсатор соединен с источником входного напряжения (1), причем между коллектором выходного (5) и эмиттером входного (2) транзисторов включены последовательно соединенные второй (17) корректирующий конденсатор и второй (18) частотозадающий резистор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012101722/08A RU2480895C1 (ru) | 2012-01-18 | 2012-01-18 | Избирательный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012101722/08A RU2480895C1 (ru) | 2012-01-18 | 2012-01-18 | Избирательный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2480895C1 true RU2480895C1 (ru) | 2013-04-27 |
Family
ID=49153285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012101722/08A RU2480895C1 (ru) | 2012-01-18 | 2012-01-18 | Избирательный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2480895C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566960C1 (ru) * | 2014-10-10 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3982197A (en) * | 1974-02-04 | 1976-09-21 | Rca Corporation | Radiation responsive voltage dividing circuit |
US5371476A (en) * | 1991-11-15 | 1994-12-06 | Rohm Co., Ltd. | Amplifying circuit |
US6448853B1 (en) * | 2001-04-09 | 2002-09-10 | Elantec Semiconductor, Inc. | Distortion improvement in amplifiers |
RU2346388C1 (ru) * | 2008-02-01 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель |
US7602240B2 (en) * | 2005-04-29 | 2009-10-13 | The Regents Of The University Of California | Power amplifier with an output matching network |
-
2012
- 2012-01-18 RU RU2012101722/08A patent/RU2480895C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3982197A (en) * | 1974-02-04 | 1976-09-21 | Rca Corporation | Radiation responsive voltage dividing circuit |
US5371476A (en) * | 1991-11-15 | 1994-12-06 | Rohm Co., Ltd. | Amplifying circuit |
US6448853B1 (en) * | 2001-04-09 | 2002-09-10 | Elantec Semiconductor, Inc. | Distortion improvement in amplifiers |
US7602240B2 (en) * | 2005-04-29 | 2009-10-13 | The Regents Of The University Of California | Power amplifier with an output matching network |
RU2346388C1 (ru) * | 2008-02-01 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566960C1 (ru) * | 2014-10-10 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105007044B (zh) | 一种谐波抑制混频器 | |
RU2479112C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2467470C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2480895C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2488955C1 (ru) | Избирательный усилитель на основе неинвертирующего усилителя тока | |
RU2467469C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469466C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2480896C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475943C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2467471C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469462C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
US8018272B2 (en) | Filter circuit and communication device | |
RU2485675C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2474039C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468499C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479114C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2461955C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475944C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2321156C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2519006C2 (ru) | Избирательный усилитель свч диапазона | |
RU2468505C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2487466C1 (ru) | Избирательный усилитель с парафазным выходом | |
RU2507675C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475938C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2485673C1 (ru) | Избирательный усилитель |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140119 |