RU2568317C1 - Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals - Google Patents

Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals Download PDF

Info

Publication number
RU2568317C1
RU2568317C1 RU2014142723/08A RU2014142723A RU2568317C1 RU 2568317 C1 RU2568317 C1 RU 2568317C1 RU 2014142723/08 A RU2014142723/08 A RU 2014142723/08A RU 2014142723 A RU2014142723 A RU 2014142723A RU 2568317 C1 RU2568317 C1 RU 2568317C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
emitter
transistor
bias circuit
static level
Prior art date
Application number
RU2014142723/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Пётр Сергеевич Будяков
Анна Витальевна Бугакова
Илья Викторович Пахомов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту)
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 "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority to RU2014142723/08A priority Critical patent/RU2568317C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2568317C1 publication Critical patent/RU2568317C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals includes input transistor (1), the base of which is connected to input signal source (2), the collector of which is connected to the first (3) power bus, and an emitter is connected through matching resistor (4) to output of device (5), auxiliary transistor (6), the collector of which is connected to output of device (5), emitter is connected through current-stabilising bipole (7) to the second (8) bus of the power supply, and base is connected to bias voltage source (9), balancing capacitor (10), non-inverting voltage amplifier (11), the input of which is connected to the output of device (5). Output of non-inverting voltage amplifier (11) is connected to emitter of auxiliary transistor (6) through balancing capacitor (10).
EFFECT: enlarging the range of working frequencies of the bias circuit of static level.
8 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в качестве промежуточных каскадов широкополосных операционных усилителей, реализуемых по новым и перспективным технологиям).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used in amplifiers for analogue RF and microwave signals, in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, as intermediate stages of broadband operational amplifiers implemented by new and promising technologies).

В современной микроэлектронике в качестве промежуточных каскадов аналоговых микросхем находят широкое применение цепи согласования статического уровня, реализуемые на основе эмиттерных или истоковых повторителей напряжений [1-12], а также более сложных сочетаниях активных и пассивных компонентов [7, 8, 10, 11]. Как правило, их основная задача - обеспечить смещение на 1÷5 В статического уровня без потерь усиления на высоких частотах. На практике, особенно для цепей смещения в устройствах СВЧ диапазона данная задача не имеет удовлетворительного решения из-за влияния выходной паразитной емкости, которая обусловлена емкостями коллектор - база и емкостью на подложку выходных транзисторов схемы.In modern microelectronics, as the intermediate stages of analog microcircuits, static level matching chains are widely used, implemented on the basis of emitter or source voltage followers [1-12], as well as more complex combinations of active and passive components [7, 8, 10, 11]. As a rule, their main task is to provide an offset of 1–5 V of the static level without loss of gain at high frequencies. In practice, especially for bias circuits in microwave devices, this problem does not have a satisfactory solution because of the influence of the output stray capacitance, which is caused by the collector-base capacitances and the capacitance on the substrate of the output transistors of the circuit.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является цепь смещения (ЦС), фиг. 1, по патенту US 4.551.642.Closest to the technical nature of the claimed device is a bias circuit (DS), FIG. 1, according to patent US 4,551.642.

Существенный недостаток известного устройства, архитектура которого присутствует также во многих широкополосных усилителях, состоит в том, что оно имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты fв. Это обусловлено отрицательным влиянием паразитных емкостей на подложку (Сп) выходного транзистора и его емкостью коллектор - база (Скб). Численные значения Сп и Скб для технологических процессов, имеющих, например, повышенную радиационную стойкость [13], являются одним из главных факторов, определяющих частотный диапазон широкополосных усилителей на основе ЦС, фиг. 1.A significant drawback of the known device, the architecture of which is also present in many broadband amplifiers, is that it has not high enough upper cutoff frequency f in . This is due to the negative influence of stray capacitance on the substrate (C p ) of the output transistor and its collector-base capacitance (C kb ). The numerical values of C p and C kb for technological processes having, for example, increased radiation resistance [13], are one of the main factors determining the frequency range of broadband amplifiers based on a central oscillator, FIG. one.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот цепи смещения статического уровня.The main objective of the invention is to expand the operating frequency range of the static level bias circuit.

Поставленная задача решается тем, что в цепи смещения статического уровня, фиг. 1, содержащей входной транзистор 1, база которого соединена с источником входного сигнала 2, коллектор подключен к первой 3 шине питания, а эмиттер через согласующий резистор 4 соединен с выходом устройства 5, вспомогательный транзистор 6, коллектор которого подключен к выходу устройства 5, эмиттер через токостабилизирующий двухполюсник 7 связан со второй 8 шиной источника питания, а база соединена с источником напряжения смещения 9, корректирующий конденсатор 10, неинвертирующий усилитель напряжения 11, вход которого подключен к выходу устройства 5, предусмотрены новые элементы и связи - выход неинвертирующего усилителя напряжения 11 связан с эмиттером вспомогательного транзистора 6 через корректирующий конденсатор 10.The problem is solved in that in the bias circuit of the static level, FIG. 1, containing the input transistor 1, the base of which is connected to the input signal source 2, the collector is connected to the first 3 power bus, and the emitter is connected via the terminating resistor 4 to the output of device 5, the auxiliary transistor 6, the collector of which is connected to the output of device 5, the emitter is the current-stabilizing two-terminal 7 is connected to the second 8 bus of the power source, and the base is connected to a bias voltage source 9, a correction capacitor 10, a non-inverting voltage amplifier 11, the input of which is connected to the output of the device Twa 5, new elements are provided and communications - the noninverting output of the voltage amplifier 11 is connected to the emitter of the auxiliary transistor 6 via a compensation capacitor 10.

Схема ЦС-прототипа показана на фиг. 1.A diagram of the CA prototype is shown in FIG. one.

На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения. In FIG. 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.

На фиг. 3 приведена схема фиг. 2 в среде Cadence на моделях интегральных SiGe транзисторов техпроцесса SG25H1.In FIG. 3 is a diagram of FIG. 2 in the Cadence environment on models of integrated SiGe transistors of the SG25H1 process technology.

На фиг. 4 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи ЦС, фиг. 3, при разных значениях корректирующего конденсатора Ск. Из анализа данных графиков следует, что диапазон рабочих частот ЦС, фиг. 3, расширяется в 5 раз.In FIG. 4 shows the logarithmic amplitude-frequency response of the transmission coefficient of the DS, FIG. 3, at different values of the correction capacitor C to . From the analysis of these graphs it follows that the range of operating frequencies of the CA, FIG. 3, expands 5 times.

На фиг. 5 приведена схема ЦС, фиг. 2, в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «НПП Пульсар».In FIG. 5 is a diagram of a CA, FIG. 2, in the environment of PSpice on models of integrated transistors of OJSC NPP Pulsar.

На фиг. 6 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи ЦС, фиг. 5, при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Ск (10). Из анализа данных графиков следует, что диапазон рабочих частот ЦС, фиг. 5, расширяется более чем в 5 раз.In FIG. 6 shows the logarithmic amplitude-frequency response of the transmission coefficient of the DS, FIG. 5, at different values of the capacitance of the correction capacitor C to (10). From the analysis of these graphs it follows that the range of operating frequencies of the CA, FIG. 5, expands more than 5 times.

На фиг. 7 приведена схема ЦС, фиг. 2, в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов для случая, когда в выходной цепи имеется дополнительная паразитная емкость нагрузки С3=1пФ.In FIG. 7 is a diagram of a CA, FIG. 2, in the environment of PSpice on models of integrated transistors for the case when the output circuit has an additional parasitic load capacitance C 3 = 1pF.

На фиг. 8 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи ЦС, фиг. 7, при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Ск (10). Из анализа данных графиков следует, что диапазон рабочих частот ЦС, фиг. 7, расширяется в 7 раз.In FIG. 8 shows a logarithmic amplitude-frequency response of a transmission coefficient of a DS, FIG. 7, at different values of the capacitance of the correction capacitor C to (10). From the analysis of these graphs it follows that the operating frequency range of the CA, FIG. 7, expands 7 times.

Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов, фиг. 2, содержит входной транзистор 1, база которого соединена с источником входного сигнала 2, коллектор подключен к первой 3 шине питания, а эмиттер через согласующий резистор 4 соединен с выходом устройства 5, вспомогательный транзистор 6, коллектор которого подключен к выходу устройства 5, эмиттер через токостабилизирующий двухполюсник 7 связан со второй 8 шиной источника питания, а база соединена с источником напряжения смещения 9, корректирующий конденсатор 10, неинвертирующий усилитель напряжения 11, вход которого подключен к выходу устройства 5. Выход неинвертирующего усилителя напряжения 11 связан с эмиттером вспомогательного транзистора 6 через корректирующий конденсатор 10. Конденсатор 12 в схеме, фиг. 2, моделирует влияние на работу ЦС паразитных емкостей схемы, связанных с выходом устройства 5.The broadband static level bias circuit in the transistor amplification and signal conversion stages, FIG. 2, contains an input transistor 1, the base of which is connected to the input signal source 2, the collector is connected to the first 3 power bus, and the emitter is connected via the terminating resistor 4 to the output of device 5, the auxiliary transistor 6, whose collector is connected to the output of device 5, the emitter the current-stabilizing two-terminal 7 is connected to the second 8 bus of the power source, and the base is connected to a bias voltage source 9, a correction capacitor 10, a non-inverting voltage amplifier 11, the input of which is connected to the output of the device and 5. The noninverting output of the voltage amplifier 11 is connected to the emitter of the auxiliary transistor 6 via a compensation capacitor 10. The capacitor 12 in the circuit of FIG. 2, simulates the effect on the operation of the DS of parasitic capacitances of the circuit associated with the output of the device 5.

Рассмотрим работу ЦС, фиг. 2.Consider the operation of the CA, FIG. 2.

В области высоких частот, на амплитудно-частотную характеристику ЦС, фиг. 2, начинает влиять конденсатор 12 в выходной цепи 5, через который протекает составляющая тока I ˙ 12

Figure 00000001
:In the high-frequency region, on the amplitude-frequency response of the digital signal converter, FIG. 2, the capacitor 12 begins to influence in the output circuit 5, through which the current component flows I ˙ 12
Figure 00000001
:

Figure 00000002
Figure 00000002

где I ˙ 12

Figure 00000003
- комплекс тока через конденсатор 12;Where I ˙ 12
Figure 00000003
- complex current through the capacitor 12;

U ˙ в ы х

Figure 00000004
- комплекс выходного напряжения устройства; U ˙ at s x
Figure 00000004
- complex output voltage of the device;

Figure 00000005
- комплексное сопротивление конденсатора 12 на частоте сигнала ω.
Figure 00000005
- the complex resistance of the capacitor 12 at the frequency of the signal ω.

Напряжение U ˙ в ы х

Figure 00000006
передается на выход неинвертирующего усилителя напряжения 11:Voltage U ˙ at s x
Figure 00000006
transmitted to the output of a non-inverting voltage amplifier 11:

Figure 00000007
Figure 00000007

где Ку - коэффициент передачи по напряжению неинвертирующего усилителя напряжения 11.where K y is the voltage transfer coefficient of the non-inverting voltage amplifier 11.

Поэтому комплекс тока через корректирующий конденсатор 10 равен:Therefore, the current complex through the correction capacitor 10 is equal to:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Z ˙ 10 = 1 j ω C 10

Figure 00000009
- комплекс сопротивления корректирующего конденсатора 10.Where Z ˙ 10 = one j ω C 10
Figure 00000009
- resistance complex correction capacitor 10.

Приращение тока через конденсатор 10 передается в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 6. Как следствие, в выходной цепи устройства 5 при выполнении условия

Figure 00000010
The current increment through the capacitor 10 is transmitted to the emitter, and then to the collector of the transistor 6. As a result, in the output circuit of the device 5 when the condition
Figure 00000010

обеспечивается взаимная компенсация двух токов I ˙ 12

Figure 00000003
и I ˙ к 6 = α 6 I ˙ 10
Figure 00000011
, где α6≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 6.mutual compensation of two currents is provided I ˙ 12
Figure 00000003
and I ˙ to 6 = α 6 I ˙ 10
Figure 00000011
where α 6 ≈1 is the current gain of the emitter of transistor 6.

В конечном итоге это расширяет диапазон рабочих частот ЦС, фиг. 2 ,в 5÷7 раз. Данный вывод подтверждается компьютерным моделированием ЦС (фиг. 4, фиг. 6, фиг. 8).Ultimately, this extends the operating frequency range of the DS, FIG. 2, 5-7 times. This conclusion is confirmed by computer simulation of the CA (Fig. 4, Fig. 6, Fig. 8).

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение ЦС характеризуется более широким диапазоном рабочих частот.Thus, the claimed circuit design solution of the CA is characterized by a wider range of operating frequencies.

Источники информацииInformation sources

1. Патент US 5.929.7101. Patent US 5.929.710

2. Патент US 6.297.685 fig. 5, 62. US Pat. No. 6,297,685 fig. 5, 6

3. Патент US 4.185.2123. Patent US 4.185.212

4. Патент US 4.767.9464. Patent US 4.767.946

5. Патент US 3.985.9545. Patent US 3.985.954

6. Патент US 4.142.1106. Patent US 4.142.110

7. Патент US 7.646.2337. Patent US 7.646.233

8. Патент US 4.080.5398. Patent US 4.080.539

9. Патент US 5.039.8879. Patent US 5.039.887

10. Патент US 4.743.86210. Patent US 4.743.862

11. Патент WO 96/3194811. Patent WO 96/31948

12. Патент US 6.882.294 fig.312. US Patent 6,882,294 fig. 3

13. Элементная база радиационно стойких информационно-измерительных систем: монография / Н.Н. Прокопенко, О.В. Дворников, С.Г. Крутчинский; Побщ. ред. д.т.н. проф. Н.Н. Прокопенко; ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т. экономики и сервиса». - Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - 208 с. 13. The elemental base of radiation-resistant information-measuring systems: monograph / N.N. Prokopenko, O.V. Dvornikov, S.G. Krutchinsky; Total ed. Doctor of Technical Sciences prof. N.N. Prokopenko; FSBEI HPE “South-Ros. state un-t economics and service. " - Mines: FSBEI HPE "URGUES", 2011. - 208 p.

Claims (1)

Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов, содержащая входной транзистор (1), база которого соединена с источником входного сигнала (2), коллектор подключен к первой (3) шине питания, а эмиттер через согласующий резистор (4) соединен с выходом устройства (5), вспомогательный транзистор (6), коллектор которого подключен к выходу устройства (5), эмиттер через токостабилизирующий двухполюсник (7) связан со второй (8) шиной источника питания, а база соединена с источником напряжения смещения (9), корректирующий конденсатор (10), неинвертирующий усилитель напряжения (11), вход которого подключен к выходу устройства (5), отличающаяся тем, что выход неинвертирующего усилителя напряжения (11) связан с эмиттером вспомогательного транзистора (6) через корректирующий конденсатор (10). A broadband static level bias circuit in transistor amplification and signal conversion stages, containing an input transistor (1), the base of which is connected to an input signal source (2), the collector is connected to the first (3) power bus, and the emitter is connected through a terminating resistor (4) with the output of the device (5), an auxiliary transistor (6), the collector of which is connected to the output of the device (5), the emitter is connected via a current-stabilizing two-terminal device (7) to the second (8) bus of the power source, and the base is connected to the voltage source with (9), correction capacitor (10), non-inverting voltage amplifier (11), the input of which is connected to the output of the device (5), characterized in that the output of the non-inverting voltage amplifier (11) is connected to the emitter of the auxiliary transistor (6) through the correction capacitor (10).
RU2014142723/08A 2014-10-22 2014-10-22 Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals RU2568317C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014142723/08A RU2568317C1 (en) 2014-10-22 2014-10-22 Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014142723/08A RU2568317C1 (en) 2014-10-22 2014-10-22 Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2568317C1 true RU2568317C1 (en) 2015-11-20

Family

ID=54597914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014142723/08A RU2568317C1 (en) 2014-10-22 2014-10-22 Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2568317C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2634185C1 (en) * 2016-08-22 2017-10-24 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Shf cascade amplifier
RU2674927C1 (en) * 2017-04-12 2018-12-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет "(ЮЗГУ) Noninverting voltage repeater

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2332110A (en) * 1997-12-02 1999-06-09 Sony Uk Ltd Voltage level shift circuit
CA2355956A1 (en) * 1998-12-18 2000-06-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Level shift circuit
RU2305893C2 (en) * 2001-04-18 2007-09-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Distortion reducing method and bias voltage circuit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2332110A (en) * 1997-12-02 1999-06-09 Sony Uk Ltd Voltage level shift circuit
CA2355956A1 (en) * 1998-12-18 2000-06-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Level shift circuit
RU2305893C2 (en) * 2001-04-18 2007-09-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Distortion reducing method and bias voltage circuit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2634185C1 (en) * 2016-08-22 2017-10-24 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Shf cascade amplifier
RU2674927C1 (en) * 2017-04-12 2018-12-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет "(ЮЗГУ) Noninverting voltage repeater

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419197C1 (en) Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage
RU2566963C1 (en) Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes
RU2523124C1 (en) Multi-differential operational amplifier
RU2568317C1 (en) Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals
RU2380824C1 (en) Alternating current amplifier with controlled amplification
RU2536672C1 (en) Low-output capacitance composite transistor
Palomeque-Mangut et al. Design of robust pseudo-resistors with optimized frequency response
EP3089360A1 (en) Apparatus and method for improving power supply rejection ratio
RU2475942C1 (en) Broadband differential amplifier
RU2286005C2 (en) Broadband amplifier
RU2583760C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2572388C1 (en) Extended frequency band transistor amplifier
RU2571369C1 (en) Cascode amplifier with extended frequency band
RU2460206C1 (en) Cascode microwave amplifier with low supply voltage
RU2321156C1 (en) Broadband amplifier
RU2568780C1 (en) Cascade amplifier with expanded range of working frequencies
RU2571400C1 (en) Cascode amplifier with extended frequency band
RU2530263C1 (en) Quick-acting source voltage repeater
RU2421897C1 (en) Controlled complementary differential amplifier
RU2515538C1 (en) Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage
RU2621286C1 (en) Differential operational amplifier for operating at low temperatures
RU2468502C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2389071C1 (en) Analog multiplier of voltages
RU2572376C1 (en) Cascode amplifier with extended operating bandwidth
Jerabek et al. Electronically controllable square/triangular wave generator with current-controlled differential difference current conveyors

Legal Events

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

Effective date: 20161023