Каскодный усилитель с парафазным выходом



Каскодный усилитель с парафазным выходом
Каскодный усилитель с парафазным выходом
Каскодный усилитель с парафазным выходом
Каскодный усилитель с парафазным выходом
Каскодный усилитель с парафазным выходом
Каскодный усилитель с парафазным выходом
Каскодный усилитель с парафазным выходом

 


Владельцы патента RU 2419194:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и связи для усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, СВЧ-усилителях, фазорасщепителях сигналов и т.п.). Технический результат: получение двух выходных противофазных напряжений, пропорциональных входному напряжению uвх. Каскодный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы (Т), эмиттеры которых подключены к шине источника питания (3), источник входного сигнала (4), связанный с базой Т (1), первый (5) и второй (6) выходные Т с объединенными базами, коллекторы которых соединены с первой (7) и второй (8) цепями нагрузки, а эмиттеры подключены к коллекторам соответствующих Т (1) и Т (2). В схему введены первый (9) и второй (10) дополнительные Т, базы которых подключены к базам соответствующих Т (1) и Т (2), эмиттеры связаны с шиной источника питания (3), коллекторы объединены и через согласующий двухполюсник (11) связаны с объединенными базами Т (5) и Т (6), которые подключены к дополнительному источнику опорного тока (12), причем эмиттер Т (5) связан с базой Т (1) через первый (13) дополнительный резистор, а эмиттер Т (6) связан с базой Т (2) через второй (14) дополнительный резистор. 7 ил.

 

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, СВЧ-усилителях, фазорасщипителях сигналов и т.п.).

Широкое применение СВЧ дифференциальных сигналов в современной микроэлектронике позволяет снизить влияние синфазных помех, нелинейных искажений четного порядка, повысить качество обработки сигналов при низких значениях напряжения питания. Применение дифференциальных сигналов часто сопровождается необходимостью преобразования их в однофазный сигнал и обратно, так как большинство периферийных устройств могут работать лишь с однофазными сигналами. Для выполнения таких преобразований служат специальные симметрирующие устройства, так называемые балуны (balanced to unbalanced). Балуны наиболее часто применяются при построении усилителей мощности, смесителей и аналоговых перемножителей. Заявляемое устройство может быть отнесено к данному классу транзисторных каскадов, выполняющих функции не только фазорасщепителей, но и усиления сигналов.

Известны схемы каскодных усилителей с парафазным выходом, в которых эмиттеры входных транзисторов подключены к общей шине источника питания [1-12]. Однако они не обеспечивают преобразование однофазного сигнала в два противофазных и в этом смысле являются псевдодифференциальными усилителями, требующими два противофазных входных напряжения.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является каскодный усилитель, описанный в патентной заявке США 2005/0174175 (фиг.1), содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых подключены к шине источника питания 3, источник входного сигнала 4, связанный с базой первого 1 входного транзистора, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы с объеденными базами, коллекторы которых соединены с первой 7 и второй 8 цепями нагрузки, а эмиттеры подключены к коллекторам соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает преобразование однофазного входного сигнала uвх в два противофазных, т.е. не является классическим дифференциальным усилителем, для которого напряжения на каждом из выходах пропорционального uвх.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в получении двух выходных противофазных напряжений, пропорциональных входному напряжению uвх.

Поставленная задача достигается тем, что в каскодном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых подключены к шине источника питания 3, источник входного сигнала 4, связанный с базой первого 1 входного транзистора, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы с объединенными базами, коллекторы которых соединены с первой 7 и второй 8 цепями нагрузки, а эмиттеры подключены к коллекторам соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 9 и второй 10 дополнительные транзисторы, базы которых подключены к базам соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов, эмиттеры связаны с шиной источника питания 3, коллекторы объединены и через согласующий двухполюсник 11 связаны с объединенными базами первого 5 и второго 6 выходных транзисторов, которые подключены к дополнительному источнику опорного тока 12, причем эмиттер первого выходного транзистора 5 связан с базой первого входного транзистора 1 через первый 13 дополнительный резистор, а эмиттер второго выходного транзистора 6 связан с базой второго входного транзистора 2 через второй дополнительный резистор 14.

Схема заявляемого устройства, соответствующего формуле изобретения, показана на фиг.2.

На фиг.3 показана схема заявляемого КУ (фиг.2) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.4 - зависимость его разности фаз между каналами и Ку от частоты.

На фиг.5 показана схема фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadense на моделях интегральных транзисторов IHP, а на фиг.6 - зависимость коэффициентов усиления для диффренциального выхода, а также для первого (out1) и второго (out2) выходов от частоты. График фиг.7 показывает зависимость фазового сдвига для первого и второго выходов от частоты.

Каскодный усилитель с парафазным выходом фиг.2 содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых подключены к шине источника питания 3, источник входного сигнала 4, связанный с базой первого 1 входного транзистора, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы с объединенными базами, коллекторы которых соединены с первой 7 и второй 8 цепями нагрузки, а эмиттеры подключены к коллекторам соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов, отличается тем, что в схему введены первый 9 и второй 10 дополнительные транзисторы, базы которых подключены к базам соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов, эмиттеры связаны с шиной источника питания 3, коллекторы объединены и через согласующий двухполюсник 11 связаны с объединенными базами первого 5 и второго 6 выходных транзисторов, которые подключены к дополнительному источнику опорного тока 12, причем эмиттер первого 5 выходного транзистора связан с базой первого 1 входного транзистора через первый 13 дополнительный резистор, а эмиттер второго 6 выходного транзистора связан с базой второго 2 входного транзистора через второй 14 дополнительный резистор. Источник входного сигнала 4 соединен с базой первого 1 входного транзистора 1 через первый 15 разделительный конденсатор. Аналогично второй источник сигнала может подключаться к схеме через второй 16 разделительный конденсатор.

Рассмотрим работу устройства фиг.2.

Статический режим схемы фиг.2 устанавливается дополнительным источником опорного тока 12 (I12):

Рассмотрим вначале работу схемы фиг.2 при подаче на левый вход (Вх.1) положительной полуволны входного сигнала uвх. Изменение uвх. приводит к увеличению эмиттерных токов транзисторов 1, 9, 5:

где rэi - сопротивление эмиттерных переходов транзисторов 1 и 9.

При этом передачей uвх в эмиттер транзистора 5 можно пренебречь, особенно при относительно больших сопротивлениях дополнительного резистора 13.

Как следствие, уменьшается напряжение на дополнительном источнике опорного тока 12 u12≈u9≈uэ5, которое передается в эмиттер транзистора 6 и далее через второй дополнительный резистор 14 на базу транзистора 2:

Напряжение uб2 запирает транзисторы 2 и 10 так, что приращения токов iэ9+iэ10=0, т.е. в схеме фиг.2:

Таким образом, в схеме фиг.2 токи коллекторов транзисторов 5 и 6 противофазны: iк5≈iэ1, iк6≈iэ2.

Следовательно, противофазны и выходные напряжения uвых.1 и uвых.2.

Данные теоретические выводы соответствуют результатам компьютерного моделирования схем фиг.3 и 5, представленных графиками фиг.4-7.

Таким образом, заявляемое устройство выполняет функции СВЧ-усилителя, обеспечивающего преобразование в диапазоне частот до 12÷18 ГТц. однофазного сигнала в два противофазных. Данная функция в усилителе - прототипе не реализуется.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патентная заявка США № 2005/0174175 fig 2 - прототип.

2. Патент EP № 1480333.

3. Патент WO № 03/084054.

4. Патент США № 6682223.

5. Патент США № 6615547.

6. Патентная заявка США № 2006/0049874.

7. Патентная заявка США № 2006/0071712 A.

8. Патент США № 5990741, fig 3.

9. Патентная заявка США № 2005/134387.

10. Патент США № 7088185.

11. Патентная заявка США № 2007/0290754, fig 1.

12. Патентная заявка США № 2008/0309411, fig 1.

Каскодный усилитель с парафазным выходом, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых подключены к шине источника питания (3), источник входного сигнала (4), связанный с базой первого (1) входного транзистора, первый (5) и второй (6) выходные транзисторы с объединенными базами, коллекторы которых соединены с первой (7) и второй (8) цепями нагрузки, а эмиттеры подключены к коллекторам соответствующих первого (1) и второго (2) входных транзисторов, отличающийся тем, что в схему введены первый (9) и второй (10) дополнительные транзисторы, базы которых подключены к базам соответствующих первого (1) и второго (2) входных транзисторов, эмиттеры связаны с шиной источника питания (3), коллекторы объединены и через согласующий двухполюсник (11) связаны с объединенными базами первого (5) и второго (6) выходных транзисторов, которые подключены к дополнительному источнику опорного тока (12), причем эмиттер первого (5) выходного транзистора связан с базой первого (1) входного транзистора через первый (13) дополнительный резистор, а эмиттер второго (6) выходного транзистора связан с базой второго (2) входного транзистора через второй (14) дополнительный резистор.



 

Похожие патенты:

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, СВЧ операционных усилителях, компараторах).

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, SiGe-операционных усилителях, компараторах).

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, SiGe-операционных усилителях, компараторах).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах автоматической регулировки усиления, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки и умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах автоматической регулировки усиления, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки и умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи, по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах автоматической регулировки усиления, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки и умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления.

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, прецизионных решающих и операционных усилителях с малыми значениями э.д.с.

Изобретение относится к радиотехнике и связи для усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, SiGe-операционных усилителях (ОУ), компараторах).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах автоматической регулировки усиления, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки и умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления.

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 компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями ЭДС смещения нуля).

Изобретение относится к области радиотехники и связи для усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, СВЧ-усилителях, смесителях сигналов и т.п.)

Изобретение относится к области радиотехники и связи для усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, СВЧ-усилителях, сумматоров двух сигналов, логарифмирующих каскадов и т.п.)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано для усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, СВЧ операционных усилителях, компараторах, буферных усилителях и т.п.)

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 решающих усилителях с малыми значениями напряжения смещения нуля UCM в условиях воздействия радиации или температуры)

Изобретение относится к радиотехнике и связи для усиления аналоговых дифференциальных сигналов в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, драйверов компьютерных линий связи)

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, SiGe-операционных усилителях, компараторах)

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, СВЧ-усилителях, фазорасщепителях сигналов и т.п.)

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, SiGe-операционных усилителях (ОУ), компараторах, стабилизаторах напряжения и т.п.)

Изобретение относится к радиотехнике и связи для усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями напряжения смещения нуля Uсм в условиях воздействия радиации или температуры)

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 аналоговых интерфейсах с малыми значениями напряжения смещения нуля Uсм в условиях воздействия радиации или температуры)
Наверх