RU2515538C1 - Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage - Google Patents
Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515538C1 RU2515538C1 RU2012155404/08A RU2012155404A RU2515538C1 RU 2515538 C1 RU2515538 C1 RU 2515538C1 RU 2012155404/08 A RU2012155404/08 A RU 2012155404/08A RU 2012155404 A RU2012155404 A RU 2012155404A RU 2515538 C1 RU2515538 C1 RU 2515538C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- common
- output
- emitter
- input
- input stage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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 в высокочастотных усилителях, компараторах, преобразователях сигналов и т.п.The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes, for example, in high-frequency amplifiers, comparators, signal converters, etc.
Основой современной аналоговой микроэлектроники являются классические транзисторные каскады с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ) [1-57], входящие в структуру многих существующих и разрабатываемых микросхем для диапазонов частот 0÷250 ГГц. При этом верхняя граничная частота fв каскадов с ОБ и ОЭ (по уровню -3 дБ) определяется, в основном, постоянной времени, образуемой паразитной емкостью на подложку Сп и емкостью коллектор-база Скб выходного интегрального транзистораThe basis of modern analog microelectronics are classical transistor cascades with a common base (OB) and a common emitter (OE) [1-57], which are part of the structure of many existing and developed circuits for
где τв≈Rк(Сп+Скб),where τ in ≈R k (C p + C kb ),
Rк - эквивалентное сопротивление в коллекторной цепи выходного транзистора каскада с ОБ (ОЭ).R to - equivalent resistance in the collector circuit of the output transistor of the cascade with OB (OE).
Для повышения коэффициента усиления Ку по напряжению сопротивление RK приходится выбирать большим, что снижает fв. В классических каскадах ОБ и ОЭ данное противоречие практически не разрешимо в рамках известных схемотехнических решений.To increase the gain K at the voltage, the resistance R K must be chosen large, which reduces f in . In classical OB and OE cascades, this contradiction is practically insoluble within the framework of well-known circuitry solutions.
Повышение fB классических транзисторных схем - одна из центральных проблем современной микросхемотехники. Ее разрешение особенно актуально для микросхем с микронными топологическими нормами (0,6÷3 мкм), так как в рамках данных технологий сегодня выпускается более 70% дешевых микроэлектронных изделий.Raising the f B of classical transistor circuits is one of the central problems of modern microcircuitry. Its resolution is especially relevant for microcircuits with micron topological standards (0.6 ÷ 3 microns), since more than 70% of cheap microelectronic products are manufactured within the framework of these technologies.
Известны методы повышения fв транзисторных каскадов, рассмотренные в патентах фирмы Analog Devices [US 5.434.446], STM Microelectronics [US 6.233.012]. Однако они не универсальны - их практическое применение связано с использованием специальных технологических процессов и уникальной схемотехники, что удорожает конкретные изделия. Так, предложенный в патенте US 5.434.446 фирмы Analog Devices прием применим для технологии с диэлектрической изоляцией. Для его осуществления при каждом транзисторе, определяющем параметры ШУ на высоких частотах, необходимо иметь широкополосный буферный усилитель с малой входной емкостью.Known methods for increasing f in transistor cascades are discussed in patents of Analog Devices [US 5.434.446], STM Microelectronics [US 6.233.012]. However, they are not universal - their practical application is associated with the use of special technological processes and unique circuitry, which increases the cost of specific products. Thus, the technique proposed in US Pat. No. 5,434,446 to Analog Devices is applicable to dielectric insulation technology. For its implementation, for each transistor that determines the parameters of the control at high frequencies, it is necessary to have a broadband buffer amplifier with a small input capacitance.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является классический широкополосный усилитель (ШУ) на каскаде с общей базой, описанный в патенте US 5.933.057. Он содержит входной каскад (1), управляющий вход которого (2) связан с источником сигнала (3), двухполюсник коллекторной нагрузки (4), включенный между шиной источника питания (5) и коллекторным выходом (6) входного каскада (1), паразитный конденсатор (7), включенный между коллекторным выходом (6) входного каскада (1) и общей шиной (8) источника питания.The closest prototype of the claimed device is a classic broadband amplifier (SHU) on a cascade with a common base, described in patent US 5.933.057. It contains an input stage (1), the control input of which (2) is connected to a signal source (3), a two-terminal collector load (4) connected between the bus of the power source (5) and the collector output (6) of the input stage (1), parasitic a capacitor (7) connected between the collector output (6) of the input stage (1) and the common bus (8) of the power source.
Существенный недостаток ШУ-прототипа - сравнительно невысокие значения верхней граничной частоты fв.A significant drawback of the SH-prototype is the relatively low values of the upper cutoff frequency f in .
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении верхней граничной частоты ШУ без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в рабочем диапазоне частот.The main objective of the invention is to increase the upper cutoff frequency of the SHU without deteriorating the voltage gain in the working frequency range.
Поставленная задача решается тем, что в широкополосном усилителе фиг.1, содержащем входной каскад 1, управляющий вход которого 2 связан с источником сигнала 3, двухполюсник коллекторной нагрузки 4, включенный между шиной источника питания 5 и коллекторным выходом 6 входного каскада 1, паразитный конденсатор 7, включенный между коллекторным выходом 6 входного каскада 1 и общей шиной 8 источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен неинвертирующий буферный усилитель 9, вход которого соединен с коллекторным выходом 6 входного каскада 1, а выход 10 является выходом устройства, и дополнительный транзистор 11, база которого соединена с источником вспомогательного напряжения 12, коллектор подключен ко входу неинвертирующего буферного усилителя 9, эмиттер через токостабилизирующий двухполюсник 13 соединен с общей шиной источников питания 8, причем выход устройства 8 связан с эмиттером дополнительного транзистора 11 через дополнительный конденсатор 14.The problem is solved in that in the broadband amplifier of Fig. 1, containing an
На чертеже фиг.1 приведена функциональная схема классического широкополосного усилителя-прототипа на основе входного каскада 1 с ОБ.The drawing of figure 1 shows a functional diagram of a classic broadband amplifier prototype based on the
На чертеже фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.The drawing of figure 2 shows a diagram of the inventive device in accordance with
На чертеже фиг.3 приведена схема, соответствующая п.1 и п.3 формулы изобретения, в которой входной каскад 1 реализован по схеме с общим эмиттером (ОЭ).The drawing of figure 3 shows the circuit corresponding to claim 1 and claim 3 of the claims, in which the
На чертеже фиг.4 показана схема фиг.3 в среде Pspice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».The drawing of figure 4 shows a diagram of figure 3 in a Pspice environment on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На чертеже фиг.5 приведены логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) ШУ фиг.4 при различных значениях емкости дополнительного конденсатора Cvar (C14=Cvar).The drawing of Fig. 5 shows the logarithmic amplitude-frequency characteristics (LFC) of the control circuit of Fig. 4 for various capacitances of the additional capacitor Cvar (C14 = Cvar).
На чертеже фиг.6 показана схема фиг.2 в среде Pspice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».The drawing of Fig.6 shows a diagram of Fig.2 in a Pspice environment on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На чертеже фиг.7 представлены логарифмические амплитудно-частотные характеристики ШУ фиг.6 при различных значениях емкости дополнительного конденсатора 14 (Cvar=C14).The drawing of Fig.7 shows the logarithmic amplitude-frequency characteristics of the control circuit of Fig.6 for various capacitances of the additional capacitor 14 (Cvar = C14).
Широкополосный усилитель фиг.2 содержит входной каскад 1, управляющий вход которого 2 связан с источником сигнала 3, двухполюсник коллекторной нагрузки 4, включенный между шиной источника питания 5 и коллекторным выходом 6 входного каскада 1, паразитный конденсатор 7, включенный между коллекторным выходом 6 входного каскада 1 и общей шиной 8 источника питания. В схему введен неинвертирующий буферный усилитель 9, вход которого соединен с коллекторным выходом 6 входного каскада 1, а выход 10 является выходом устройства, и дополнительный транзистор 11, база которого соединена с источником вспомогательного напряжения 12, коллектор подключен ко входу неинвертирующего буферного усилителя 9, эмиттер через токостабилизирующий двухполюсник 13 соединен с общей шиной источников питания 8, причем выход устройства 8 связан с эмиттером дополнительного транзистора 11 через дополнительный конденсатор 14.The broadband amplifier of figure 2 contains an
Входной каскад 1 на чертеже фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, реализован по схеме с общей базой на транзисторе 15 и токостабилизирующем двухполюснике 16, а источник сигнала 3 содержит конденсатор 17, согласующий резистор 18 и источник ЭДС сигнала 19.The
На чертеже фиг.3, в соответствии с п.3 формулы изобретения, входной каскад 1 реализован по схеме с общим эмиттером на транзисторе 20, а источник сигнала 3 включает ЭДС сигнала 21 и источник постоянного смещения 22.In the drawing of figure 3, in accordance with
Рассмотрим работу схем фиг.1 и фиг.2 в диапазоне высоких частот.Consider the operation of the circuits of figure 1 and figure 2 in the high frequency range.
Комплексный коэффициент усиления по напряжению ШУ фиг.1 определяется известной формулойThe integrated voltage gain of the SHU of figure 1 is determined by the well-known formula
где K0 - коэффициент усиления каскада 1 в диапазоне средних частот, когда влиянием всех конденсаторов можно пренебречь;where K 0 is the gain of
R4, C7 - сопротивление двухполюсника коллекторной нагрузки 4 и емкость паразитного конденсатора 7 соответственно.R 4 , C 7 - the resistance of the
Для рассматриваемых каскадов ОБ (фиг.2) и ОЭ (фиг.3):For the considered stages of OB (figure 2) and OE (figure 3):
где rэ=10÷50 Ом - сопротивление эмиттерного р-n перехода выходного транзистора каскада 1.where r e = 10 ÷ 50 Ohms is the resistance of the emitter pn junction of the output transistor of
Причем, верхняя граничная частота fв в ШУ фиг.1:Moreover, the upper cutoff frequency f in the SHU of figure 1:
а площадь усиления Bs, определяющая качество ШУ, находится как произведениеand the gain area B s , which determines the quality of the BC, is found as the product
В заявляемом устройстве фиг.2 (при выборе буферного усилителя с единичным усилением
где α11≤0,9÷0,99 - коэффициент усиления по току эмиттера дополнительного транзистора 11.where α 11 ≤0.9 ÷ 0.99 is the current gain of the emitter of the
Данный вывод подтверждается результатами компьютерного моделирования:This conclusion is confirmed by the results of computer simulation:
- в схеме ШУ с ОБ фиг.6 верхняя граничная частота fв увеличивается в сравнении с прототипом в 6,3 раза без ухудшения К0 (фиг.7);- in the circuit SHU with
- в схеме ШУ с ОЭ фиг.4 fв возрастает в 3,6 раза (фиг.5).- a CC scheme with 4 OE f increases in 3.6 times (Figure 5).
Таким образом, в предлагаемых ШУ решается одна из фундаментальных проблем современной микроэлектроники - расширение диапазона рабочих частот классических каскадов с общей базой и общим эмиттером. Причем данный эффект реализуется в рамках стандартных, в том числе, микронных технологий (например, «кремний на изоляторе», «кремний на сапфире» и др., на основе которых выполняются микросхемы с повышенной радиационной стойкостью и расширенным температурным диапазоном).Thus, the proposed controllers solve one of the fundamental problems of modern microelectronics - expanding the operating frequency range of classical cascades with a common base and common emitter. Moreover, this effect is realized within the framework of standard, including micron technologies (for example, “silicon on an insulator”, “silicon on sapphire”, etc., on the basis of which microcircuits with increased radiation resistance and an extended temperature range are performed).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент US 6.563.3681. Patent US 6.563.368
2. Патент US 3.531.729 fig.32. US Patent 3,531,729 fig. 3
3. Патент US 5.510.745 fig.5а3. Patent US 5.510.745 fig.5a
4. Патент US 5.933.057 fig.14. Patent US 5.933.057 fig. 1
5. Патент US 7.042.295 fig.25. Patent US 7.042.295 fig.2
6. Патент DE 2503384 fig.26. Patent DE 2503384 fig.2
7. Остапенко Г.С.Усилительные устройства: учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1989. - Рис.4.30, стр.187.7. Ostapenko G. S. Amplification devices: a textbook for universities. - M .: Radio and communications, 1989. - Fig. 4.30, p. 187.
8. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М.: ИП РадиоСофт, 2002. - С.208. - Рис.8.26.8. Ezhkov Yu.A. Handbook of amplifier circuitry. - 2nd ed., Revised. - M .: IP RadioSoft, 2002. - P.208. - Fig. 8.26.
9. Патент США 6.825.7239. US Patent 6.825.723
10. Патент США 3.693.108, фиг.710. US patent 3.693.108, Fig.7
11. Патентная заявка США 2002/023943011. US Patent Application 2002/0239430
12. Патент Англии 1485092 кл. Н3Т12. Patent of England 1485092 class. N3T
13. Патент США 4.047.118, H03F 3/0413. US patent 4.047.118,
14. Патент Англии 2013444, Кл. НЗТ14. Patent of England 2013444, Cl. NRT
15. Патент ФРГ 2.503.38415. The patent of Germany 2.503.384
16. Патент Франции 2.514.21716. French Patent 2.514.217
17. Патент США 4.990.864, H03F 3/0417. US patent 4.990.864,
18. Патент США 5.914.63918. US Patent 5.914.639
19. Пат. заявка США 2005/021894419. Pat. US application 2005/0218944
20. Пат. заявка США 2007/0216484, H03F 3/4520. Pat. US application 2007/0216484,
21. Пат. заявка США 2005/014044321. Pat. US application 2005/0140443
22. Патент США 5.973.26222. U.S. Patent 5.973.262
23. Патент Японии JP2001/30865823. Japan patent JP2001 / 308658
24. Патент США 4.065.72424. US Patent 4,065,724
25. Патент США 4.393.35525. US patent 4.393.355
26. Патент США 4.232.27126. US patent 4,232,271
27. Патент США 4.887.047, H03F 3/4527. US Patent 4.887.047,
28. Патент США 5.767.66228. US patent 5.767.662
29. Патент США 7.098.74329. US patent 7.098.743
30. Патент США 4.342.96730. US patent 4.342.967
31. Патент США 5.914.64031. US patent 5.914.640
32. Патент США 5.914.63932. US patent 5.914.639
33. Патент США 4.525.67833. US Patent 4,525,678
34. Патент США 6.427.06734. US patent 6.427.067
35. Патент США 6.486.73935. US patent 6.486.739
36. Патент США 6.424.22536. US Patent 6,424,225
37. Патент США 6.417.73537. US Patent 6,417,735
38. Патент США 6.414.55338. US Patent 6,414,553
39. Патент США 6.392.49239. US Patent 6,392,492
40. Патент США 6.333.67740. US Patent 6,333,677
41. Патент США 6.114.91241. US patent 6.114.912
42. Патент США 6.359.51642. US Patent 6,359,516
43. Патент США 6.456.16343. US patent 6.456.163
44. Патент США 5.986.50944. US Patent 5.986.509
45. Патент США 6.191.65645. US patent 6.191.656
46. Патент США 6.549.07546. US Patent 6.549.075
47. Патент Японии JP 2004/17268147. Japanese Patent JP 2004/172681
48. Патент WO 2004/05409448. Patent WO 2004/054094
49. Патент США 6.476.66849. US patent 6.476.668
50. Патент США 5.986.50950. US patent 5.986.509
51. Патент США 6.417.73551. US Patent 6,417,735
52. Патент США 6.747.51652. US Patent 6,747,516
53. Пат. заявка США US 2006/003257753. Pat. US application US 2006/0032577
54. Пат. заявка США 2006/013224254. Pat. US application 2006/0132242
55. Патент Японии JP 2004/159195)55. Japanese Patent JP 2004/159195)
56. Патент США 6.441.68956. US Patent 6,441,689
57. Патент США 6.005.44157. US patent 6.005.441
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012155404/08A RU2515538C1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012155404/08A RU2515538C1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2515538C1 true RU2515538C1 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=50629883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012155404/08A RU2515538C1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515538C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2626665C1 (en) * | 2016-11-07 | 2017-07-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Rlc-selective amplifier with low voltage |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5933057A (en) * | 1996-06-11 | 1999-08-03 | Tchamov; Nikolay | Low noise amplifier |
US6563368B2 (en) * | 2000-10-13 | 2003-05-13 | Infineon Technologies Ag | Integrable current supply circuit with parasitic compensation |
US7042295B2 (en) * | 2004-03-31 | 2006-05-09 | Cornell Research Foundation, Inc. | Low-voltage, low-power transimpedance amplifier architecture |
RU2292631C1 (en) * | 2005-07-27 | 2007-01-27 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Broadband amplifier |
RU2421880C1 (en) * | 2010-05-13 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband amplifier |
RU2432669C1 (en) * | 2010-10-15 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband amplifier |
-
2012
- 2012-12-19 RU RU2012155404/08A patent/RU2515538C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5933057A (en) * | 1996-06-11 | 1999-08-03 | Tchamov; Nikolay | Low noise amplifier |
US6563368B2 (en) * | 2000-10-13 | 2003-05-13 | Infineon Technologies Ag | Integrable current supply circuit with parasitic compensation |
US7042295B2 (en) * | 2004-03-31 | 2006-05-09 | Cornell Research Foundation, Inc. | Low-voltage, low-power transimpedance amplifier architecture |
RU2292631C1 (en) * | 2005-07-27 | 2007-01-27 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Broadband amplifier |
RU2421880C1 (en) * | 2010-05-13 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband amplifier |
RU2432669C1 (en) * | 2010-10-15 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband amplifier |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2626665C1 (en) * | 2016-11-07 | 2017-07-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Rlc-selective amplifier with low voltage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419197C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage | |
RU2428786C1 (en) | Cascode amplifier | |
RU2421880C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2427071C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2515538C1 (en) | Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage | |
RU2380824C1 (en) | Alternating current amplifier with controlled amplification | |
RU2536672C1 (en) | Low-output capacitance composite transistor | |
RU2321156C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
RU2475942C1 (en) | Broadband differential amplifier | |
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2286005C2 (en) | Broadband amplifier | |
RU2519563C2 (en) | Composite transistor | |
RU2422981C1 (en) | Differential ac amplifier | |
RU2568780C1 (en) | Cascade amplifier with expanded range of working frequencies | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2421888C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2419187C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased zero level stability | |
RU2320078C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2571369C1 (en) | Cascode amplifier with extended frequency band | |
RU2572388C1 (en) | Extended frequency band transistor amplifier | |
RU2421881C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2626665C1 (en) | Rlc-selective amplifier with low voltage | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2439783C1 (en) | Differential amplifier with higher amplification ratio by voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141220 |