RU2626665C1 - Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания - Google Patents

Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания Download PDF

Info

Publication number
RU2626665C1
RU2626665C1 RU2016143626A RU2016143626A RU2626665C1 RU 2626665 C1 RU2626665 C1 RU 2626665C1 RU 2016143626 A RU2016143626 A RU 2016143626A RU 2016143626 A RU2016143626 A RU 2016143626A RU 2626665 C1 RU2626665 C1 RU 2626665C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
emitter
frequency
auxiliary
rlc
Prior art date
Application number
RU2016143626A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Анна Витальевна Бугакова
Андрей Алексеевич Игнашин
Александр Александрович Бутов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 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 образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority to RU2016143626A priority Critical patent/RU2626665C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2626665C1 publication Critical patent/RU2626665C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0288—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers using a main and one or several auxiliary peaking amplifiers whereby the load is connected to the main amplifier using an impedance inverter, e.g. Doherty amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/04—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in discharge-tube amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к аналоговой микроэлектронике и радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства усиления малых сигналов ВЧ и СВЧ диапазонов. Технический результат заключается в повышении качества амплитудно-частотной характеристики устройства без увеличения напряжения питания и потребляемого тока в статическом режиме. Технический результат достигается за счет RLC-избирательного усилителя с малым напряжением питания, который содержит источник входного сигнала, связанный с эмиттером первого входного транзистора, эмиттер которого подключен к первой шине источника питания через первый токостабилизирующий двухполюсник, база соединена с базой вспомогательного транзистора и подключена к источнику напряжения смещения, коллектор через резистор коллекторной нагрузки соединен со второй шиной источника питания и подключен к коллектору вспомогательного транзистора, частотозадающий конденсатор, выход устройства, второй токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером вспомогательного транзистора и первой шиной источника питания, частотозадающий конденсатор, который включен между выходом устройства и объединенными коллекторами первого входного и вспомогательного транзисторов. 3 н.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к аналоговой микроэлектронике и радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства усиления малых сигналов ВЧ и СВЧ диапазонов.
Избирательные усилители (ИУ) относятся к числу наиболее распространенных аналоговых устройств, определяющих качественные показатели многих классов радиоэлектронных систем.
В современной радиотехнике находят применение ИУ с резонансной амплитудно-частотной характеристикой, которая реализуется как на RC [1], так и RLC [2-21] частотно-задающих цепях. На высоких частотах, в малошумящих устройствах применяется RLC частотно-задающая цепь [2-21].
Одной из тенденций в проектировании современных микросхем является снижение напряжения питания. Для этой цели применяются специальные схемотехнические решения активных элементов, в том числе [22-27]. Известны схемы RC и RLC-усилителей, работающих при малых напряжениях питания [28-29].
Актуальным также является повышение численных значений частоты квазирезонанса ИУ (fp) за счет уменьшения влияния на fp высокочастотных параметров транзисторов. Данные параметры, в ряде случаев (например, для радиационно-стойких BiJFet технологий), являются доминирующим фактором, определяющим максимальные значения fp избирательных усилителей.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является усилитель по патенту RU №2.515.538. Он содержит (фиг. 1) источник входного сигнала 1, связанный с эмиттером первого 2 входного транзистора, эмиттер которого подключен к первой 3 шине источника питания через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, база соединена с базой вспомогательного 5 транзистора и подключена к источнику напряжения смещения 6, коллектор через резистор коллекторной нагрузки 7 соединен со второй 8 шиной источника питания и подключен к коллектору вспомогательного 5 транзистора, частотозадающий конденсатор 9, выход устройства 10, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером вспомогательного 5 транзистора и первой 3 шиной источника питания.
Существенный недостаток усилителя-прототипа состоит в том, что он не обеспечивает высокие избирательные свойства, характеризующиеся численными значениями реализуемой добротности Q. Об этом свидетельствует его амплитудно-частотная характеристика, показанная на чертеже фиг. 2. Ее параметры - нижняя (fн) и верхняя (fв) граничные частоты связанны соотношением fв/fн>>1, что характерно для широкополосных усилителей.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в повышении добротности амплитудно-частотной характеристики устройства без увеличения напряжения питания и потребляемого тока в статическом режиме.
Поставленная задача достигается тем, что в RLC-избирательном усилителе с малым напряжением питания фиг. 1, содержащем источник входного сигнала 1, связанный с эмиттером первого 2 входного транзистора, эмиттер которого подключен к первой 3 шине источника питания через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, база соединена с базой вспомогательного 5 транзистора и подключена к источнику напряжения смещения 6, коллектор через резистор коллекторной нагрузки 7 соединен со второй 8 шиной источника питания и подключен к коллектору вспомогательного 5 транзистора, частотозадающий конденсатор 9, выход устройства 10, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером вспомогательного 5 транзистора и первой 3 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - частотозадающий конденсатор 9 включен между выходом устройства 10 и объединенными коллекторами первого 2 входного и вспомогательного 5 транзисторов, причем выход устройства 10 соединен с эмиттером вспомогательного транзистора 5 через частотозадающую индуктивность 12.
На чертеже фиг. 1 показана схема ИУ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика, из которой следует, что известная схема ИУ обладает неудовлетворительными селективными свойствами (fв/fн>>1).
На чертеже фиг. 3 показана схема заявляемого ИУ в соответствии с п. 1 и п. 2 формулы изобретения.
На чертеже фиг. 4 представлена заявляемая схема ИУ в соответствии с п. 3 и п. 4 формулы изобретения.
На чертеже фиг. 5 представлена схема фиг. 3 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов N115 (технология АБМК_2.1).
На чертеже фиг. 6 приведен график частотной зависимости коэффициента усиления по напряжению схемы RLC-фильтра фиг. 5 при C1=Сvar=0.2 пФ, L1=Lvar=1 мкГн. Результаты моделирования показывают, что добротность данной схемы ИУ Q≈11,9 ед.
На чертеже фиг. 7 представлена схема фиг. 4 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов N115 (технология АБМК_2.1).
На чертеже фиг. 8 приведен график частотной зависимости коэффициента усиления по напряжению схемы RLC-фильтра фиг. 7 при C1=Сvar=0.2 пФ, L1=Lvar=1 мкГн. Результаты моделирования показывают, что добротность данной схемы ИУ Q≈11,8 ед.
RLC-избирательный усилитель с малым напряжением питания фиг. 3 содержит источник входного сигнала 1, связанный с эмиттером первого 2 входного транзистора, эмиттер которого подключен к первой 3 шине источника питания через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, база соединена с базой вспомогательного 5 транзистора и подключена к источнику напряжения смещения 6, коллектор через резистор коллекторной нагрузки 7 соединен со второй 8 шиной источника питания и подключен к коллектору вспомогательного 5 транзистора, частотозадающий конденсатор 9, выход устройства 10, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером вспомогательного 5 транзистора и первой 3 шиной источника питания. Частотозадающий конденсатор 9 включен между выходом устройства 10 и объединенными коллекторами первого 2 входного и вспомогательного 5 транзисторов, причем выход устройства 10 соединен с эмиттером вспомогательного транзистора 5 через частотозадающую индуктивность 12.
В схеме фиг. 3, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, источник входного сигнала 1 связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через разделительный конденсатор 13.
В схеме фиг. 4, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, источник входного сигнала 1 связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через дополнительный повторитель напряжения 14.
В схеме фиг. 4, в соответствии с п. 4 формулы изобретения, дополнительный повторитель напряжения 14 выполнен на транзисторе 15 по схеме с общим коллектором.
Рассмотрим работу избирательного усилителя фиг. 3.
Для повышения стабильности частоты полюса (fp) избирательного усилителя схема фиг. 3 необходимым условием является использование в контуре обратной связи частотозависимой цепи, состоящей из частотозадающего конденсатора 9 и частотозадающей индуктивности 12, полосно-пропускающего типа
Figure 00000001
где fp - частота полюса; D0 и Dp - затухание нуля и полюса частотно-задающей RLC-цепи (частотозадающий конденсатор 9 и частотозадающая индуктивность 12).
При этом частота полюса ИУ совпадает с частотой полюса цепи γ(jf).
В этом случае влияние усилителя тока на вспомогательном транзисторе 5 направлено только на увеличение добротности Q:
Figure 00000002
где α5≤1 - коэффициент усиления по току эмиттера вспомогательного транзистора 5.
Однако, влияние частоты единичного усиления (f1) вспомогательного транзистора 5 приводит к изменению как fp, так и Q, причем относительные изменения δfp и δQ определяются из следующего соотношения
Figure 00000003
а их параметрические чувствительности находятся по формуле
Figure 00000004
Приведенные соотношения позволяют определить параметры α5 и f1 для реализации необходимых значений fp и Q, их стабильности.
Общая задача построения предлагаемого ИУ на таких звеньях связана с минимизацией произведения Dpα5 - собственного затухания полюса частотозадающей цепи (Dp) и коэффициента передачи по току (α5). Это утверждение согласуется и условием уменьшения чувствительности добротности к нестабильности параметра α5:
Figure 00000005
Приведенные соотношения показывают, что расширение диапазона рабочих частот активных фильтров с предлагаемой архитектурой фиг. 3 связано с уменьшением затухания полюса Dp и нуля D0 пассивной частотозадающей цепи, образуемой частотозадающим конденсатором 9 и частотозадающей индуктивностью 12.
Основные параметры заявляемого избирательного усилителя фиг. 3.
Figure 00000006
Figure 00000007
,
Figure 00000008
где и h11.5 - малосигнальный h - параметр вспомогательного транзистора 5 в схеме с общей базой.
Поэтому
Figure 00000009
Как видно из (8), соотношение С9 и L12 определяет Dp и, согласно (3) и (4), влияние f1 вспомогательного транзистора 5. Реализуемый схемой «выигрыш» зависит от добротности полюса схемы. Например, при L12=10 нГн, R7=100 Ом, С9=10 фФ и потребляемом токе в 1 мА, fp = 16 ГГц; Q=37; D0=0,25; Dp=0,35.
Поэтому, в заявляемой схеме влияние f1 как на fp , так и на Q, согласно соотношению (4), практически на два порядка меньше, чем RC-звена в классическом RC-избирательном усилителе. Это позволяет создавать более высокочастотные схемы ИУ с более эффективным использованием частотных свойств применяемых транзисторов.
Таким образом, предлагаемый RLC-избирательный усилитель с малым напряжением питания характеризуется более высокими значениями добротности амплитудно-частотной характеристики и имеет при малом напряжении и заданных транзисторах повышенные значения fp.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Microwave and mm-Wave Active-RC and RLC Filters / S.G. Krutchinsky, N.N. Prokopenko, P.S. Budyakov // Proceedings of the 8th IEEE GCC Conference and Exhibition, Muscat, Oman, 1-4 February, 2015. - Pp. 1-4. DOI: 10.1109/IEEEGCC.2015.7060064
2. Патент US 3.882.410, fig. 4, 5, 8
3. Заявка на патент US 2008/0012643
4. Патент SU 1539961
5. Патент SU 1494207
6. Патент SU 1646045
7. Патент SU 151385
8. Патент RU 2.571.402
9. Патент RU 2.566.954
10. Патент US 5.502.420
11. Патент US 4.342.967, fig. 1
12. Патент US 7.098.743, fig. 4
13. Заявка на патент US 2005/0248408
14. 3аявка на патент US 2005/0225397, fig. 3
15. Патент US 7.113.043, fig.2
16. Патент US 6.278.329
17. Патент US 6.204.728, fig.4a
18. Патент US 5.451.906, fig. 2
19. Патент GB 1.431.481
20. 3аявка на патент US 2014/0043102, fig.3, 4
21. 3аявка на патент US 2006/0119435, fig.3
22. Патент US 6.392.492, fig. 1
23. Патент US 5.914.640, fig. 2
24. Патент US 6.825.723, fig. 3
25. Патент US 7.023.281, fig. 2b
26. Патент US 5.510.745, fig. 5а, 32, 54, 56, 59, 61, 64, 66
27. Патент US 4.021.749, fig. 2
28. 3аявка на патент JP 2001/308658
29. Патент RU 2.515.538, fig. 3.

Claims (4)

1. RLC-избирательный усилитель с малым напряжением питания, содержащий источник входного сигнала (1), связанный с эмиттером первого (2) входного транзистора, эмиттер которого подключен к первой (3) шине источника питания через первый (4) токостабилизирующий двухполюсник, база соединена с базой вспомогательного (5) транзистора и подключена к источнику напряжения смещения (6), коллектор через резистор коллекторной нагрузки (7) соединен со второй (8) шиной источника питания и подключен к коллектору вспомогательного (5) транзистора, частотозадающий конденсатор (9), выход устройства (10), второй (11) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером вспомогательного (5) транзистора и первой (3) шиной источника питания, отличающийся тем, что частотозадающий конденсатор (9) включен между выходом устройства (10) и объединенными коллекторами первого (2) входного и вспомогательного (5) транзисторов, причем выход устройства (10) соединен с эмиттером вспомогательного транзистора (5) через частотозадающую индуктивность (12).
2. RLC-избирательный усилитель с малым напряжением питания по п. 1, отличающийся тем, что источник входного сигнала (1) связан с эмиттером первого (2) входного транзистора через разделительный конденсатор (13).
3. RLC-избирательный усилитель с малым напряжением питания по п. 1, отличающийся тем, что источник входного сигнала (1) связан с эмиттером первого (2) входного транзистора через дополнительный повторитель напряжения (14).
4. RLC-избирательный усилитель с малым напряжением питания по п. 2, отличающийся тем, что дополнительный повторитель напряжения (14) выполнен на транзисторе (15) по схеме с общим коллектором.
RU2016143626A 2016-11-07 2016-11-07 Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания RU2626665C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016143626A RU2626665C1 (ru) 2016-11-07 2016-11-07 Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016143626A RU2626665C1 (ru) 2016-11-07 2016-11-07 Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2626665C1 true RU2626665C1 (ru) 2017-07-31

Family

ID=59632241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016143626A RU2626665C1 (ru) 2016-11-07 2016-11-07 Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626665C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515538C1 (ru) * 2012-12-19 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Широкополосный усилитель на основе каскада с общей базой (или с общим эмиттером)
US20140184336A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Peregrine Semiconductor Corporation Amplifier Dynamic Bias Adjustment for Envelope Tracking
RU2566954C1 (ru) * 2014-11-25 2015-10-27 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью
RU2571402C1 (ru) * 2014-11-17 2015-12-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Свч избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью
US20160118944A1 (en) * 2014-10-25 2016-04-28 Skyworks Solutions, Inc. Doherty power amplifier with tunable input network

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515538C1 (ru) * 2012-12-19 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Широкополосный усилитель на основе каскада с общей базой (или с общим эмиттером)
US20140184336A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Peregrine Semiconductor Corporation Amplifier Dynamic Bias Adjustment for Envelope Tracking
US20160118944A1 (en) * 2014-10-25 2016-04-28 Skyworks Solutions, Inc. Doherty power amplifier with tunable input network
RU2571402C1 (ru) * 2014-11-17 2015-12-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Свч избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью
RU2566954C1 (ru) * 2014-11-25 2015-10-27 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103636122B (zh) 非福斯特电路
CN107231140B (zh) 一种阻抗变换网络电路结构
Yesil et al. Electronically controllable bandpass filters with high quality factor and reduced capacitor value: An additional approach
JP2011250084A (ja) ジャイレータ回路、広帯域増幅器及び無線通信装置
RU2626665C1 (ru) Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания
US7154339B2 (en) RF power amplifier
Pantoli et al. GaAs MMIC tunable active filter
US9401679B1 (en) Apparatus and method for improving power supply rejection ratio
Pantoli et al. A single-transistor tunable filter for bluetooth applications
RU2536672C1 (ru) Составной транзистор с малой выходной емкостью
Iyer et al. Design of LNA for C band applications
RU2321156C1 (ru) Широкополосный усилитель
Doan et al. A 2-port stable negative capacitance circuit design with unilateral gain boosting technique
RU2460206C1 (ru) Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания
CN113346848A (zh) 一种基于hbt工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路
US10326419B2 (en) Power amplification circuit
RU2422981C1 (ru) Дифференциальный усилитель переменного тока
RU2421888C1 (ru) Дифференциальный усилитель
Rashtian et al. A Gain-Boosted 52–142 GHz Band-Pass Distributed Amplifier in O. 13μm SiGe Process with f max of 210GHz
CN113972906B (zh) 宽带电平位移电路及其设计方法
RU2468503C1 (ru) Каскодный усилитель
Bauch et al. A broadband 10–95 GHz variable gain amplifier in a 130 nm BiCMOS technology
RU2571369C1 (ru) Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Chen et al. Voltage-mode multifunction filter with single input and three outputs based on single plus-type DVCC
RU2780357C1 (ru) Многокаскадный каскодный усилитель с последовательным питанием на полевых транзисторах

Legal Events

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

Effective date: 20181108