RU2519563C2 - Составной транзистор - Google Patents
Составной транзистор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519563C2 RU2519563C2 RU2012139007/08A RU2012139007A RU2519563C2 RU 2519563 C2 RU2519563 C2 RU 2519563C2 RU 2012139007/08 A RU2012139007/08 A RU 2012139007/08A RU 2012139007 A RU2012139007 A RU 2012139007A RU 2519563 C2 RU2519563 C2 RU 2519563C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- emitter
- collector
- input
- base
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к составному транзистору, который может быть использован в качестве устройства усиления аналоговых сигналов и в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Технический результат заключается в повышении в 8÷10 раз верхней граничной частоты различных усилителей за счет уменьшение входной и выходной емкостей используемого в них составного транзистора. Составной транзистор содержит входной транзистор (1), база которого является базой (2), а эмиттер - эмиттером (3) составного транзистора, выходной транзистор (4), коллектор которого является коллектором (5) составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора (1), при этом в схему введен дополнительный транзистор (6), статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока (7), включенным между первой (8) шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора (6), причем база дополнительного транзистора (6) соединена с базой входного транзистора (1), его коллектор связан с эмиттером входного транзистора (1), а эмиттер подключен к базе выходного транзистора (4). 1 з.п. ф-лы, 10 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 и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов).
В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодные усилители (КУ) с резистивной нагрузкой (фиг.1), включенной в коллекторную цепь входного транзистора - каскада с общим эмиттером [1-15]. Активную часть КУ, содержащую входной 1 и выходной 4 транзисторы, можно рассматривать как составной транзистор (СТ), который может включаться в различные электронные схемы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является составной транзистор в схеме КУ (фиг.1) по патенту US 5.304.946, fig. 14, который показан также на чертеже фиг.2. Он содержит входной транзистор 1, база которого является базой 2, а эмиттер - эмиттером 3 составного транзистора, выходной транзистор 4, коллектор которого является коллектором 5 составного транзистора.
Существенный недостаток известного СТ, архитектура которого присутствует также во многих других каскодных усилителях [1-15], состоит в том, что он обладает сравнительно большими выходной Свых и входной Свх паразитными емкостями, что отрицательно сказывается на диапазоне его рабочих частот в структуре различных усилителей.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в уменьшении входной и выходной емкостей составного транзистора и, как следствие, повышение в 8-10 раз верхней граничной частоты различных усилителей на базе заявляемого СТ.
Поставленная задача решается тем, что в составном транзисторе фиг.1, содержащем входной транзистор 1, база которого является базой 2, а эмиттер - эмиттером 3 составного транзистора, выходной транзистор 4, коллектор которого является коллектором 5 составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора 1, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 6, статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока 7, включенным между первой 8 шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора 6, причем база дополнительного транзистора 6 соединена с базой входного транзистора 1, его коллектор связан с эмиттером входного транзистора 1, а эмиттер подключен к базе выходного транзистора 4.
Схема каскодного усилителя на основе составного транзистора-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена отдельно схема СТ-прототипа.
На чертеже фиг.3 показан заявляемый СТ в соответствии с п.1 формулы изобретения.
На чертеже фиг.4 представлена схема каскодного усилителя на основе СТ фиг.3, соответствующая п.2 формулы изобретения.
На чертеже фиг.5 представлена схема каскодного усилителя на базе СТ-прототипа фиг.2 (напряжение питания Еп=±5 В, транзисторы TN50S ФГУП НПП «Пульсар»).
На чертеже фиг.6 приведена схема каскодного усилителя на базе предлагаемого СТ фиг.3 (Еп=±5 В, транзисторы TN50S, TP50S ФГУП НПП «Пульсар»).
На чертеже фиг.7 показана зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты для схемы каскодного усилителя на базе СТ-прототипа фиг.5 и КУ с предлагаемым СТ фиг.3 (транзисторы TN50S, TP50S ФГУП НПП «Пульсар). Данный график показывает, что заявляемое устройство имеет в 7-8 раз лучшее значение верхней граничной частоты fB.
На чертеже фиг.8 представлена зависимость комплексного входного сопротивления от частоты для схем каскодного усилителя на базе СТ-прототипа фиг.2 и усилителя с предлагаемым СТ фиг.3 (транзисторы TN50S, ТР508 ФГУП НПП «Пульсар). Данный график показывает, что входная емкость предлагаемого устройства в 3-4 раза меньше, чем в известном СТ.
На чертеже фиг.9 показана схема каскодного усилителя на основе заявляемого СТ, которая имеет близкий к нулю входной статический ток.
На чертеже фиг.10 приведена зависимость входного статического тока сравниваемых схем фиг.5 и фиг.9 от температуры.
Данные графики показывают, что предлагаемая схема имеет значительно меньший входной статический ток, что приближает ее свойства по этому параметру к полевым транзисторам.
Составной транзистор фиг.3 содержит входной транзистор 1, база которого является базой 2, а эмиттер - эмиттером 3 составного транзистора, выходной транзистор 4, коллектор которого является коллектором 5 составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора 1. В схему введен дополнительный транзистор 6, статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока 7, включенным между первой 8 шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора 6, причем база дополнительного транзистора 6 соединена с базой входного транзистора 1, его коллектор связан с эмиттером входного транзистора 1, а эмиттер подключен к базе выходного транзистора 4.
На чертеже фиг.4, в соответствии с п.2 формулы изобретения, база входного транзистора 1 соединена с источником входного напряжения 9, между первой 8 шиной источника питания и коллектором выходного транзистора 4 включен резистор коллекторной нагрузки 10, а эмиттер входного транзистора 1 соединен по переменному току со второй 11 шиной источника питания через резистор местной обратной связи 12, а также соединен со второй 11 шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 13. Конденсатор 14 выполняет классическую роль разделительной емкости.
Рассмотрим работу ДУ фиг.3 в схеме фиг.4.
Приращение напряжения на коллекторе «К» (узел 5) составного транзистора в схеме фиг.4 вызывает изменение тока ic4 через емкость коллектор-база Ск4 выходного транзистора 4. Данный ток поступает в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 6:
где αi≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера i-гo транзистора.
В эмиттерной цепи транзистора 1 при сопротивлении конденсатора 14 значительно меньшем, чем R12, происходит перераспределение тока α6ic4 между эмиттером транзистора 1 и резистором местной обратной связи 12:
rэl≈20÷30 Ом - сопротивление эмиттерного р-n перехода транзистора 1.
Таким образом, коллекторный ток транзистора 4 и, следовательно, суммарный ток коллектора составного транзистора
iк4=α6α1α4Kdic4, (3)
iкΣ=ic4-iк4=ic4(1-α6α1α4Kd). (4)
Из (4) следует, что эффективная выходная емкость предлагаемого СТ уменьшается
Cэф.к4=(1-α6α1α4Kd)=Cк4(1-Ti), (5)
где Ti=α6α1α4Kd≈1.
Как следствие, уменьшается эквивалентная постоянная времени коллекторной цепи нагрузки СТ (τэкв) и увеличивается верхняя граничная частота КУ фиг.4 fв:
τэкв=Cк4R10·(1-Ti), (6)
Данные теоретические выводы подтверждают результаты моделирования, показанные на чертеже фиг.7, - верхняя граничная частота fв увеличивается в 7-8 раз (для техпроцесса ФГУП НПП «Пульсар»).
Вторая замечательная особенность заявляемого СТ - компенсация влияния паразитных емкостей коллектор-база Cкl и Ск6 транзисторов 1 и 6 на входную комплексную проводимость схемы. Действительно эквивалентная входная емкость КУ в схеме фиг.4:
Свх=Ск1(1-Ку1)+Ск6(1-Ку2)<<Ск1, (8)
Третья замечательная особенность заявляемого СТ - малый входной статический ток, который может быть близок к аналогичному параметру полевых транзисторов:
где Iбl, Iб6 - статические токи базы транзисторов 1 и 6;
βl,β6 - коэффициенты усиления по току базы транзисторов 1 и 6.
Из (9) следует, что за счет соответствующего выбора статического тока источника опорного тока 7 можно получить нулевой входной ток в схеме фиг.4 и его относительно слабую температурную зависимость (см. фиг.10).
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.10, из которых следует, что температурные приращения входного тока заявляемого СТ в диапазоне температур 60÷80°С в 9-10 раз меньше, чем в схеме СТ-прототипа.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение СТ характеризуется более высокими значениями верхней граничной частоты, меньшей величиной входной емкости, меньшим уровнем входного статического тока и его температурного дрейфа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США №6.825.723 fig.3
2. Патент США №4.151.483 fig.2
3. Патент США №4.151.484
4. Патент США №3.882.410 fig.3
5. Патентная заявка WO 2004/030207
6. Патент США №4.021.749 fig.2
7. Патент США №3.693.108 fig.9
8. Патент США №6.278.329
9. Патентная заявка США 2005/0225397
10. Патент США №5.451.906
11. Патент Англии GB №1431481 fig.2
12. Патент US №3.693.108 fig. 9
13. Патент US №4.021.749 fig. 2
14. Патентная заявка US 2005/0225397
15. Патент US №6.278.329.
Claims (2)
1. Составной транзистор, содержащий входной транзистор (1), база которого является базой (2), а эмиттер - эмиттером (3) составного транзистора, выходной транзистор (4), коллектор которого является коллектором (5) составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора (1), отличающийся тем, что в схему введен дополнительный транзистор (6), статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока (7), включенным между первой (8) шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора (6), причем база дополнительного транзистора (6) соединена с базой входного транзистора (1), его коллектор связан с эмиттером входного транзистора (1), а эмиттер подключен к базе выходного транзистора (4).
2. Составной транзистор по п.1, отличающийся тем, что база входного транзистора (1) соединена с источником входного напряжения (9), между первой (8) шиной источника питания и коллектором выходного транзистора (4) включен резистор коллекторной нагрузки (10), а эмиттер входного транзистора (1) соединен по переменному току со второй (11) шиной источника питания через резистор местной обратной связи (12), а также соединен со второй (11) шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник (13).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012139007/08A RU2519563C2 (ru) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Составной транзистор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012139007/08A RU2519563C2 (ru) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Составной транзистор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012139007A RU2012139007A (ru) | 2014-03-20 |
RU2519563C2 true RU2519563C2 (ru) | 2014-06-10 |
Family
ID=50279974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012139007/08A RU2519563C2 (ru) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Составной транзистор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2519563C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710846C1 (ru) * | 2019-08-21 | 2020-01-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2595926C1 (ru) * | 2015-07-23 | 2016-08-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Биполярно-полевой операционный усилитель |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5304946A (en) * | 1990-10-19 | 1994-04-19 | Hitachi, Ltd. | Amplifier circuit having an operation point maintaining input and output voltages constant even if a gain thereof is varied |
US6043714A (en) * | 1997-11-27 | 2000-03-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Power amplifier incorporating heterojunction and silicon bipolar transistors |
US6344776B1 (en) * | 2000-10-11 | 2002-02-05 | Intersil Americas Inc. | Transistor base current error correction scheme for low overhead voltage applications |
US6825723B2 (en) * | 2002-05-24 | 2004-11-30 | Nec Compound Semiconductor Devices, Ltd. | Low noise gain-controlled amplifier |
RU2370879C1 (ru) * | 2008-03-03 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Комплементарный двухтактный каскодный дифференциальный усилитель |
-
2012
- 2012-09-11 RU RU2012139007/08A patent/RU2519563C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5304946A (en) * | 1990-10-19 | 1994-04-19 | Hitachi, Ltd. | Amplifier circuit having an operation point maintaining input and output voltages constant even if a gain thereof is varied |
US6043714A (en) * | 1997-11-27 | 2000-03-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Power amplifier incorporating heterojunction and silicon bipolar transistors |
US6344776B1 (en) * | 2000-10-11 | 2002-02-05 | Intersil Americas Inc. | Transistor base current error correction scheme for low overhead voltage applications |
US6825723B2 (en) * | 2002-05-24 | 2004-11-30 | Nec Compound Semiconductor Devices, Ltd. | Low noise gain-controlled amplifier |
RU2370879C1 (ru) * | 2008-03-03 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Комплементарный двухтактный каскодный дифференциальный усилитель |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710846C1 (ru) * | 2019-08-21 | 2020-01-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012139007A (ru) | 2014-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419197C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
US9391571B2 (en) | Chopper-stabilized amplifier and method therefor | |
RU2428786C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2519563C2 (ru) | Составной транзистор | |
EP3089360A1 (en) | Apparatus and method for improving power supply rejection ratio | |
Ayten et al. | Electronically tunable sinusoidal oscillator circuit with current and voltage outputs | |
RU2479112C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2536672C1 (ru) | Составной транзистор с малой выходной емкостью | |
RU2396699C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенным входным дифференциальным сопротивлением | |
RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
US20130015918A1 (en) | High speed amplifier | |
RU2475942C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
RU2432667C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2396698C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2571369C1 (ru) | Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном | |
US10348261B2 (en) | Differential transimpedance amplifier | |
CN104410421A (zh) | 采样电路电容补偿装置和方法 | |
RU2469462C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2432668C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2515538C1 (ru) | Широкополосный усилитель на основе каскада с общей базой (или с общим эмиттером) | |
RU2439694C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
Park et al. | A New Low-voltage Tunable CMOS VDTA-based 10MHz LP/BP Filter | |
RU2517681C1 (ru) | Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном | |
RU2475947C1 (ru) | Избирательный усилитель |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140912 |