RU2572388C1 - Extended frequency band transistor amplifier - Google Patents

Extended frequency band transistor amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2572388C1
RU2572388C1 RU2014142724/08A RU2014142724A RU2572388C1 RU 2572388 C1 RU2572388 C1 RU 2572388C1 RU 2014142724/08 A RU2014142724/08 A RU 2014142724/08A RU 2014142724 A RU2014142724 A RU 2014142724A RU 2572388 C1 RU2572388 C1 RU 2572388C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
voltage
input
amplifier
current
Prior art date
Application number
RU2014142724/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Пётр Сергеевич Будяков
Николай Владимирович Бутырлагин
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 RU2014142724/08A priority Critical patent/RU2572388C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2572388C1 publication Critical patent/RU2572388C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: extended frequency band transistor amplifier comprises an input voltage-to-current converter (1), the input of which is connected to a signal source (2), and the current output is connected to a power supply bus (3) through a collector load (4) resistor, a non-inverting voltage amplifier (5), the input of which is connected to the current output of the input voltage-to-current converter (1) and the output of the device (6). A balancing capacitor (7) is connected between the output of the device (6) and the output of the non-inverting voltage amplifier (5).
EFFECT: extending the operating frequency range without deterioration of voltage gain.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов, реализуемых по новым и перспективным технологиям).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog RF and microwave signals, in the structure of analog microcircuits of various functional purposes (for example, broadband and selective amplifiers of the RF and microwave ranges implemented by new and promising technologies).

В современной микроэлектронике находят широкое применение классические транзисторные усилители (ТУ) по схеме с общей базой [1-4] и с общим эмиттером [5-19] с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь выходного транзистора [1-19].In modern microelectronics, classical transistor amplifiers (TUs) are widely used according to the scheme with a common base [1-4] and with a common emitter [5-19] with a resistive load included in the collector circuit of the output transistor [1-19].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ТУ фиг. 1 по патенту US 7.233.209, fig. 4. Он содержит входной преобразователь напряжение - ток 1 (например, схему с общим эмиттером), вход которого подключен к источнику сигнала 2, а токовый выход соединен с шиной источника питания 3 через резистор коллекторной нагрузки 4, неинвертирующий усилитель напряжения 5, вход которого соединен с токовым выходом входного преобразователя напряжение - ток 1 и выходом устройства 6.The closest in technical essence to the claimed device is the technical specifications of FIG. 1 according to patent US 7.233.209, fig. 4. It contains an input voltage-current converter 1 (for example, a circuit with a common emitter), the input of which is connected to a signal source 2, and the current output is connected to the bus of the power source 3 through a collector load resistor 4, a non-inverting voltage amplifier 5, the input of which is connected with the current output of the input voltage-current converter 1 and the output of the device 6.

Существенный недостаток известного ТУ, архитектура которого присутствует также во многих других ТУ [6-19], состоит в том, что он имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты (fв). Это обусловлено отрицательным влиянием на fв паразитной емкости на подложку (Сп) и емкости коллектор - база (Скб) выходного транзистора входного преобразователя напряжение - ток 1, а также влиянием на fв емкостной составляющей нагрузки. Большие численные значения Сп и Скб для технологических процессов, имеющих, например, повышенную радиационную стойкость, являются одним из главных факторов, определяющих частотный диапазон широкополосных усилителей на основе ТУ, фиг. 1.A significant drawback of the known TU, the architecture of which is also present in many other TUs [6-19], is that it has insufficiently high values of the upper cutoff frequency (f in ). This is due to the negative effect on f in the parasitic capacitance on the substrate (C p ) and collector-base capacitance (C kb ) of the output transistor of the input voltage-current converter 1, as well as the effect on f in the capacitive component of the load. Large numerical values of C p and C kb for technological processes having, for example, increased radiation resistance, are one of the main factors determining the frequency range of TU-based broadband amplifiers, FIG. one.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот ТУ (повышение fв) без ухудшения коэффициента усиления по напряжению.The main objective of the invention is to expand the range of operating frequencies of the TU (increase f in ) without deterioration of the voltage gain.

Поставленная задача решается тем, что в транзисторном усилителе фиг. 1, содержащем входной преобразователь напряжение - ток 1, вход которого подключен к источнику сигнала 2, а токовый выход соединен с шиной источника питания 3 через резистор коллекторной нагрузки 4, неинвертирующий усилитель напряжения 5, вход которого соединен с токовым выходом входного преобразователя напряжение - ток 1 и выходом устройства 6, предусмотрены новые элементы и связи - между выходом устройства 6 и выходом неинвертирующего усилителя напряжения 5 включен корректирующий конденсатор 7.The problem is solved in that in the transistor amplifier of FIG. 1, containing the input voltage-current converter 1, the input of which is connected to the signal source 2, and the current output is connected to the bus of the power source 3 through a collector load resistor 4, a non-inverting voltage amplifier 5, the input of which is connected to the current output of the voltage-current input converter 1 and the output of the device 6, new elements and connections are provided - between the output of the device 6 and the output of the non-inverting voltage amplifier 5, a correction capacitor 7 is included.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг. 1. На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 1 и п. 2 формулы изобретения.A prototype amplifier circuit is shown in FIG. 1. In FIG. 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with paragraph 1 and paragraph 2 of the claims.

На фиг. 3 представлена схема заявляемого устройства, фиг. 2, в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «НПП Пульсар» с конкретным выполнением его основных функциональных узлов.In FIG. 3 presents a diagram of the inventive device, FIG. 2, in the environment of PSpice on models of integrated transistors of OJSC NPP Pulsar with specific implementation of its main functional units.

На фиг. 4 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению ТУ, фиг. 3, при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Ск (конденсатора 7 - в обозначениях фиг. 2). Из данных графиков следует, что диапазон рабочих частот заявляемого ТУ расширяется более чем в 7 раз.In FIG. 4 shows the amplitude-frequency characteristic of the voltage gain TU; FIG. 3, at different values of the capacitance of the correction capacitor C k (capacitor 7 in the notation of FIG. 2). From these graphs it follows that the range of operating frequencies of the claimed specifications extends more than 7 times.

Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном, фиг. 2, содержит входной преобразователь «напряжение-ток» 1, вход которого подключен к источнику сигнала 2, а токовый выход соединен с шиной источника питания 3 через резистор коллекторной нагрузки 4, неинвертирующий усилитель напряжения 5, вход которого соединен с токовым выходом входного преобразователя напряжение - ток 1 и выходом устройства 6. Между выходом устройства 6 и выходом неинвертирующего усилителя напряжения 5 включен корректирующий конденсатор 7. Паразитный конденсатор 8 в схеме, фиг. 2, моделирует влияние на ее работу выходной емкости входного преобразователя напряжение - ток 1, входной емкости неинвертирующего усилителя напряжения 5 и эквивалентной емкости нагрузки, подключаемой к выходу устройства 6.The transistor amplifier with an extended frequency range, FIG. 2, contains an input voltage-current converter 1, the input of which is connected to a signal source 2, and the current output is connected to the bus of the power source 3 through a collector load resistor 4, a non-inverting voltage amplifier 5, the input of which is connected to the current output of the voltage input converter current 1 and the output of the device 6. Between the output of the device 6 and the output of the non-inverting voltage amplifier 5, a correction capacitor 7 is included. The stray capacitor 8 in the circuit, FIG. 2, models the effect on its operation of the output capacitance of the input voltage-current converter 1, the input capacitance of a non-inverting voltage amplifier 5 and the equivalent load capacitance connected to the output of the device 6.

Для фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения численные значения коэффициента передачи по напряжению неинвертирующего усилителя напряжения 5 больше единицы.For FIG. 2, in accordance with paragraph 2 of the claims, the numerical values of the voltage transfer coefficient of the non-inverting voltage amplifier 5 are greater than unity.

Рассмотрим работу ТУ, фиг. 2.Consider the operation of the technical specifications, FIG. 2.

В области высоких частот на амплитудно-частотную характеристику ТУ, фиг. 2, начинает влиять паразитный конденсатор 8 в выходной цепи устройства 6. При этом для схемы, фиг. 2, справедливы следующие уравнения Кирхгофа:In the high-frequency region, the amplitude-frequency characteristic of the technical specifications, FIG. 2, the parasitic capacitor 8 begins to influence in the output circuit of the device 6. Moreover, for the circuit, FIG. 2, the following Kirchhoff equations are valid:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
,
Figure 00000004
- комплексы токов через конденсаторы 8 и 7;Where
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- complexes of currents through capacitors 8 and 7;

Figure 00000005
- комплекс напряжения на выходе устройства 6;
Figure 00000005
- voltage complex at the output of device 6;

Figure 00000006
- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 8 на частоте сигнала ω;
Figure 00000006
- the complex resistance of the parasitic capacitor 8 at the signal frequency ω;

Figure 00000007
- комплексное сопротивление корректирующего конденсатора 7 на частоте сигнала ω;
Figure 00000007
- the complex resistance of the correction capacitor 7 at the signal frequency ω;

Kу - коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя напряжения 5.K y - voltage gain of a non-inverting voltage amplifier 5.

Напряжение

Figure 00000008
создает в корректирующем конденсаторе 7 комплекс тока
Figure 00000009
(2). Поэтому в выходной цепи устройства 6 обеспечивается взаимная компенсация токов
Figure 00000010
и
Figure 00000011
и, следовательно, взаимная компенсация влияния емкостей конденсаторов 7 и 8 на верхнюю граничную частоту fв устройства. При этом необходимо выполнить условие:Voltage
Figure 00000008
creates a current complex in the correction capacitor 7
Figure 00000009
(2). Therefore, in the output circuit of the device 6 provides mutual compensation of currents
Figure 00000010
and
Figure 00000011
and, therefore, the mutual compensation of the influence of the capacitors of the capacitors 7 and 8 on the upper cutoff frequency f in the device. In this case, it is necessary to fulfill the condition:

Figure 00000012
Figure 00000012

где Kу>1.where K y > 1.

В конечном итоге при выполнении соотношения (3) диапазон рабочих частот ТУ, фиг. 2, расширяется. Данный вывод подтверждается результатами компьютерного моделирования, фиг. 4.Ultimately, when relation (3) is fulfilled, the operating frequency range of the technical specifications, FIG. 2, expanding. This conclusion is confirmed by the results of computer simulation, FIG. four.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение транзисторного усилителя характеризуется более широким диапазоном рабочих частот.Thus, the claimed circuit design of a transistor amplifier is characterized by a wider range of operating frequencies.

Источники информацииInformation sources

1. Патент US 6.563.3681. Patent US 6.563.368

2. Патент США 6.825.723 fig. 1, fig. 3, fig. 42. US Patent 6,825,723 fig. 1, fig. 3, fig. four

3. Патент США 5.914.639 fig. 13. US Patent 5,914,639 fig. one

4. Патент US 7.042.295 fig. 3а, fig. 3b4. Patent US 7.042.295 fig. 3a, fig. 3b

5. Патент US 7.233.209 fig. 45. Patent US 7.233.209 fig. four

6. Патент США 6.427.067 fig. 16. US patent 6.427.067 fig. one

7. Патент США 6.486.739 fig. 17. US Pat. No. 6,486,739 fig. one

8. Патент США 6.424.225 fig. 1, fig. 58. US Patent 6,424,225 fig. 1, fig. 5

9. Патент США 6.417.735 fig. 19. US Patent 6,417,735 fig. one

10. Патент США 6.414.553 fig. 110. U.S. Patent 6,414,553 fig. one

11. Патент США 6.392.492 fig. 111. US Patent 6,392,492 fig. one

12. Патент США 6.333.677 fig. 312. US Patent 6,333,677 fig. 3

13. Патент США 6.114.912 fig. 413. U.S. Patent 6.114.912 fig. four

14. Патент США 6.359.516 fig. 114. U.S. Patent 6,359,516 fig. one

15. Патент США 6.191.656 fig. 215. U.S. Patent 6.191.656 fig. 2

16. Патент США 6.476.66816. US Patent 6,476,668

17. Патент США 6.747.51617. US patent 6.747.516

18. Патент США 6.441.68918. US patent 6.441.689

19. Патент США 6.005.44119. US Patent 6.005.441

Claims (2)

1. Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном, содержащий входной преобразователь напряжение - ток (1), вход которого подключен к источнику сигнала (2), а токовый выход соединен с шиной источника питания (3) через резистор коллекторной нагрузки (4), неинвертирующий усилитель напряжения (5), вход которого соединен с токовым выходом входного преобразователя напряжение - ток (1) и выходом устройства (6), отличающийся тем, что между выходом устройства (6) и выходом неинвертирующего усилителя напряжения (5) включен корректирующий конденсатор (7).1. A transistor amplifier with an extended frequency range, containing an input voltage-current converter (1), the input of which is connected to a signal source (2), and the current output is connected to the power supply bus (3) through a collector load resistor (4), a non-inverting amplifier voltage (5), the input of which is connected to the current output of the input voltage-current converter (1) and the output of the device (6), characterized in that between the output of the device (6) and the output of the non-inverting voltage amplifier (5), a correction condens ator (7). 2. Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент передачи по напряжению неинвертирующего усилителя напряжения (5) больше единицы. 2. A transistor amplifier with an extended frequency range according to claim 1, characterized in that the voltage transfer coefficient of the non-inverting voltage amplifier (5) is greater than unity.
RU2014142724/08A 2014-10-22 2014-10-22 Extended frequency band transistor amplifier RU2572388C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014142724/08A RU2572388C1 (en) 2014-10-22 2014-10-22 Extended frequency band transistor amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014142724/08A RU2572388C1 (en) 2014-10-22 2014-10-22 Extended frequency band transistor amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2572388C1 true RU2572388C1 (en) 2016-01-10

Family

ID=55072130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014142724/08A RU2572388C1 (en) 2014-10-22 2014-10-22 Extended frequency band transistor amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572388C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7233209B2 (en) * 2003-11-05 2007-06-19 Texas Instruments Incorporated Integrated preamplifier circuit for detecting a signal current from a photodiode
RU2380824C1 (en) * 2008-08-26 2010-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Alternating current amplifier with controlled amplification
US7733185B2 (en) * 2005-10-24 2010-06-08 Nec Corporation Distributed amplifier and integrated circuit
RU2436227C1 (en) * 2010-11-24 2011-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Broadband amplifier
RU2479109C1 (en) * 2012-04-12 2013-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Selective amplifier

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7233209B2 (en) * 2003-11-05 2007-06-19 Texas Instruments Incorporated Integrated preamplifier circuit for detecting a signal current from a photodiode
US7733185B2 (en) * 2005-10-24 2010-06-08 Nec Corporation Distributed amplifier and integrated circuit
RU2380824C1 (en) * 2008-08-26 2010-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Alternating current amplifier with controlled amplification
RU2436227C1 (en) * 2010-11-24 2011-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Broadband amplifier
RU2479109C1 (en) * 2012-04-12 2013-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Selective amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419197C1 (en) Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage
Alpaslan et al. Inverting CFOA based lossless and lossy grounded inductor simulators
RU2472210C1 (en) Generator of hyperchaotic oscillations
RU2428786C1 (en) Cascode amplifier
Padilla-Cantoya Capacitor multiplier with wide dynamic range and large multiplication factor for filter applications
RU2380824C1 (en) Alternating current amplifier with controlled amplification
RU2427071C1 (en) Broadband amplifier
RU2572388C1 (en) Extended frequency band transistor amplifier
Nagar et al. Single OTRA based two quadrant analog voltage divider
RU2475942C1 (en) Broadband differential amplifier
RU2571369C1 (en) Cascode amplifier with extended frequency band
RU2568780C1 (en) Cascade amplifier with expanded range of working frequencies
RU2460206C1 (en) Cascode microwave amplifier with low supply voltage
RU2321156C1 (en) Broadband amplifier
RU2421888C1 (en) Differential amplifier
RU2468502C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2286005C2 (en) Broadband amplifier
RU2572376C1 (en) Cascode amplifier with extended operating bandwidth
RU2515538C1 (en) Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage
RU2641445C1 (en) Broadband differential operating amplifier
RU2519563C2 (en) Composite transistor
RU2421881C1 (en) Differential amplifier
RU2422981C1 (en) Differential ac amplifier
Alpaslan et al. A new lossless floating inductor simulator employing only two-terminal active devices
RU2568316C1 (en) Differential amplifier with extended frequency range

Legal Events

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

Effective date: 20161023