Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель



Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель
Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель
Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель
Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель
Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель
Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель
Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель

 


Владельцы патента RU 2475940:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение стабильности коэффициента усиления по напряжению при радиационном воздействии. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1) с общей эмиттерной цепью (2), первым (3) и вторым (4) токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки (5) и выходами устройства (6), (7), первый (8) вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1), эмиттер подключен к шине источника питания (9) и эмиттеру второго (10) вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго (10) вспомогательного транзистора и эмиттером третьего (11) вспомогательного транзистора, причем база третьего (11) вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго (10) вспомогательного транзистора и через первый (12) токостабилизирующий двухполюсник связана со второй (13) шиной источника питания. Коллектор третьего (11) вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1). 3 з.п. ф-лы, 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, операционных усилителях (ОУ), компараторах, аналоговых интерфесах).

В современной микроэлектронике широко применяются классические дифференциальные усилители (ДУ) (фиг.1), которые используются в качестве элементов эмиттерно-связанной логики, драйверов линий связи, элементарных операционных усилителей и фильтров. Коэффициент усиления по напряжению таких ДУ (Ку) существенно зависит от уровня радиации из-за деградации β-транзисторов.

Для установления статического режима дифференциальных каскадов широко используются источники опорного тока на трех транзисторах (фиг.1) [1-9], которые однако не обеспечивают высокий уровень стабильности коэффициента усиления при воздействии потока нейтронов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ДУ (фиг.1), рассмотренный в патенте США №7737783. Он содержит входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания,

Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что под влиянием потока нейтронов его коэффициент усиления по напряжению существенно изменяется.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении стабильности коэффициента усиления по напряжению при радиационном воздействии.

Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - коллектор третьего 11 вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1.

Схема заявляемого устройства, соответствующего п.1 - п.4 формулы изобретения, показана на фиг.2. На фиг.3 представлен ДУ фиг.1. в котором показано конкретное выполнение входного каскада 1 в виде каскодного усилителя, а также цепи смещения потенциалов 16.

На фиг.4 показана моделируемая схема ДУ (PSpice модель n-p-n транзистора АВМК_1_3 НПО «Интеграл» г.Минск).

На фиг.5 приведена зависимость коэффициента усиления (Ку) от потока нейтронов F [н/м2] на частоте 5 МГц сравниваемых схем ДУ (прототипа фиг.1 и заявляемого ДУ фиг.4), а на чертеже фиг.6 - зависимость нормированных коэффициентов усиления по напряжению данных сравниваемых схем ДУ от потока нейтронов F [н/м2].

На фиг.7 приведена зависимость нормированных коэффициентов усиления по напряжению сравниваемых схем ДУ от потока нейтронов с увеличенным масштабом участка перекомпенсации.

Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания. Коллектор третьего 11 вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1.

На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, параллельно эмиттерно-базовому переходу третьего 11 вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы m≥1 дополнительных биполярных транзисторов 14.1, 14.2…, коллекторы которых подключены ко второй 13 шине источника питания.

Кроме этого, на фиг.2, в соответствии с п.3 формулы изобретения, параллельно эмиттерно-базовому переходу первого 8 вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы С≥1 компенсирующих транзисторов 15.1, 15.2…, причем коллекторы всех С≥1 компенсирующих транзисторов соединены с шиной положительного источника питания 6.

На фиг.3, в соответствии с п.4 формулы изобретения, коллектор первого 8 вспомогательного транзистора связан с общей эмиттерной цепью 2 входного каскада 1 через цепь смещения потенциалов 16, содержащую p-n переходы 21, 22, а входной каскад 1 реализован по классической схеме на транзисторах 17, 18, 19, 20. Для обеспечения идентичности статического режима транзисторов 8 и 10 по напряжению «коллектор-база» в эмиттер транзистора 11 включен p-n переход 23.

Рассмотрим работу известного, фиг.1, и предлагаемого, фиг.2, устройств.

Под воздействием радиации коэффициент усиления по напряжению (Ку) дифференциального усилителя фиг.1 деградирует. Рассмотрим факторы, влияющие на радиационную зависимость Ку в схеме фиг.1, а также принципы стабилизации этого важного динамического параметра в ДУ, фиг.2.

Основные уравнения на переменном токе для схемы фиг.1:

где iэ - приращение эмиттерного тока входных транзисторов ДУ под действием uвx.

rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов VT1, VT2, образующих входной каскад 1;

;

φт - температурный потенциал; βi - коэффициент усиления по току базы i-го транзистора;

;

Iэ1=I0/2 - статический ток эмиттера входных транзисторов.

Таким образом, коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.1

Уравнение (4) показывает, что при радиационном воздействии на дифференциальный каскад, фиг.1, изменение его Ку (при Rн=const, I0=const, φT=const) связано с деградацией β транзисторов.

Рассмотрим далее работу схемы на фиг.2.

Минимизация отрицательного влияния радиации на Ку может быть обеспечена путем целенаправленного управления током I0, который должен быть радиационно зависимым.

Уравнение (4) можно представить в виде

где ;

Для получения высокой стабильности Ку необходимо, чтобы произведение I0·F(β)=const, то есть ток I0 должен иметь функциональную связь с β транзисторов и под действием радиации изменяться по закону:

где - составляющая тока I0, не зависящая от β транзисторов;

- составляющая тока I0, зависящая от β транзисторов и возрастающая по закону под влиянием радиации.

Таким образом, в связи с уменьшением β транзисторов под действием потока нейтронов для стабилизации коэффициента усиления по напряжению в ДУ необходимо увеличивать ток общей эмиттерной цепи I0 в соответствии с уравнением (6).

Последние уравнения позволяют объяснить работу схемы ДУ фиг.2, имеющую заданную зависимость коэффициента усиления по напряжению от радиации.

Действительно, суммарный ток общей эмиттерной цепи ДУ фиг.2 зависит от коэффициентов «m» (14.1, 14.2) и «C» (15.1 и 15.2) числа транзисторов 14 и 15, а также коэффициента усиления по току базы (β) транзисторов 10, 8, 15:

За счет выбора коэффициентов m и C можно обеспечить заданную зависимость суммарного тока общей эмиттерной цепи ДУ от потока нейтронов.

Фиг.6 и 7 показывают, что при m=0, C=0 предлагаемый ДУ имеет перекомпенсацию радиационной зависимости Ку - с увеличением потока нейтронов Ку в данном случае увеличивается.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом по уровню радиационной стабильности Ку и возможности (за счет изменения коэффициентов m и C) управлять характером этой зависимости.

Литература

1. Патентная заявка JP №2004/214910 А 2004729.

2. Патентная заявка US №2009/0195312, fig.1.

3. Патентная заявка WO №2003/028210.

4. Патентная заявка US №2003/0169112, fig.7.

5. Патентная заявка US №2004/0227477, fig.1.

6. Патентная заявка US №2009/0184766.

7. Патент US №7737783.

8. Патент JP №54-34589, 98 (5) A 014.

9. Патентная заявка US №2006/0012432, fig.4A.

1. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с общей эмиттерной цепью (2), первым (3) и вторым (4) токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки (5) и выходами устройства (6), (7), первый (8) вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1), эмиттер подключен к шине источника питания (9) и эмиттеру второго (10) вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго (10) вспомогательного транзистора и эмиттером третьего (11) вспомогательного транзистора, причем база третьего (11) вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго (10) вспомогательного транзистора и через первый (12) токостабилизирующий двухполюсник связана со второй (13) шиной источника питания, отличающийся тем, что коллектор третьего (11) вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1).

2. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель по п.1, отличающийся тем, что параллельно эмиттерно-базовому переходу третьего (11) вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы m≥1 дополнительных биполярных транзисторов (14.1), (14.2), коллекторы которых подключены ко второй (13) шине источника питания.

3. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель по п.1, отличающийся тем, что параллельно эмиттерно-базовому переходу первого (8) вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы С≥1 компенсирующих транзисторов (15.1), (15.2), причем коллекторы всех С компенсирующих транзисторов соединены с шиной положительного источника питания (6).

4. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель по п.1, отличающийся тем, что коллектор первого (8) вспомогательного транзистора связан с общей эмиттерной цепью (2) входного каскада (1) через цепь смещения потенциалов (16).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к области устройств усиления аналоговых сигналов. .

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), СВЧ-усилителях, компараторах, непрерывных стабилизаторах напряжения 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, СВЧ-усилителях, смесителях и перемножителях сигналов и т.п.).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых СВЧ-сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ- и СВЧ-диапазонов, реализуемых по технологиям SGB25VD, SG25H1, SG25H2, SG13SI и др.).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения.

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, СВЧ-усилителях, компараторах, непрерывных стабилизаторах напряжения 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, мостовых усилителях мощности, драйверах дифференциальных линий связи, фильтрах, компараторах т.п.).

Изобретение относится к области радиотехники и связи

Изобретение относится к области радиотехники и связи

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада ОУ для дифференциального сигнала за счет новых элементов связи. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых через соответствующие первый (3) и второй (4) вспомогательные резисторы соединены с эмиттерами первого (5) и второго (6) выходных транзисторов с объединенными базами, первый (7) и второй (8) входы устройства, связанные с соответствующими базами первого (1) и второго (2) входных транзисторов, третий (9) и четвертый (10) вспомогательные резисторы, первый (11) и второй (12) вспомогательные прямосмещенные р-n переходы, первый (13) токостабилизирующий двухполюсник, токовые выходы устройства (14), (15), (16), (17), связанные с коллекторами входных (1), (2) и выходных (5), (6) транзисторов. 18 ил.

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада операционного усилителя (ОУ) для дифференциального сигнала. Входной каскад ОУ содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, первый (3) и второй (4) выходные транзисторы, первый (5) и второй (6) вспомогательные транзисторы, первый (7) и второй (8) входы устройства, первый (9) и второй (10) прямосмещенные p-n-переходы, первый (11) токостабилизирующий двухполюсник, токовые выходы устройства (12), (13), (14), (15), первую (16) шину источника питания (ИП), где между вторым (10) p-n-переходом, включенным в эмиттер второго (6) транзистора, и второй (17) шиной ИП включен первый (11) двухполюсник, между первым (9) p-n-переходом, включенным в эмиттер первого (5) транзистора, и второй (17) шиной ИП включен второй (18) двухполюсник, между общим узлом (19) первого (9) p-n-перехода и второго (18) двухполюсника, а также общим узлом (20) второго (12) p-n-перехода и первого (11) двухполюсника последовательно включены третий (21) и четвертый (22) резисторы, общий узел (23) которых соединен с базами первого (3) и второго (4) входных транзисторов. 18 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада ОУ для дифференциального сигнала, а также получение граничных напряжений его проходной характеристики iвых=f(uвх) на уровне Uгр=1÷2 В, что приводит к повышению быстродействия ОУ более чем на порядок. Комплементарный входной каскад быстродействующего операционного усилителя содержит: первый (1) и второй (2) входные транзисторы, первый (3) и второй (4) выходные транзисторы с объединенными базами, первый (5) и второй (6) входы устройства, первый (7) и второй (8) вспомогательные транзисторы, первый (9) токостабилизирующий двухполюсник, первые (10), (11) токовые выходы устройства, вторые (12), (13) токовые выходы устройства, первую (14) шину источника питания, вторую (15) шину источника питания, второй (16) токостабилизирующий двухполюсник, первый (17) дополнительный резистор, второй (18) дополнительный резистор, третий (19) и четвертый (20) дополнительные резисторы. 20 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. Техническим результатом является повышение стабильности выходного статического синфазного напряжения дифференциального операционного усилителя при нулевом входном синфазном сигнале. В усилитель введены третий и четвертый входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами первого и второго входных транзисторов, причем база третьего входного транзистора соединена с базой первого входного транзистора, база четвертого входного транзистора соединена с базой второго входного транзистора, коллекторы третьего и четвертого входных транзисторов связаны с шиной второго источника питания, эмиттеры первого и второго входных транзисторов подключены к эмиттерам первого и второго дополнительных транзисторов, коллектор первого дополнительного транзистора соединен с коллектором первого входного транзистора, коллектор второго дополнительного транзистора соединен с коллектором второго входного транзистора, при этом первый вспомогательный выход устройства связан с базами первого и второго дополнительных транзисторов через первый резистор обратной связи, а второй вспомогательный выход устройства связан с базами первого и второго дополнительных транзисторов через второй резистор обратной связи. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на емкостную нагрузку). Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку за счет исключения влияния на переходный процесс первого и второго конденсаторов цепи нагрузки. Технический результат достигается за счет быстродействующего драйвера дифференциальной линии связи, который содержит первый и второй источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого и второго выходных каскадов, первый и второй конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам первого и второго выходных каскадов, выход первого выходного каскада, вход первого неинвертирующего повторителя напряжения, токовый выход первого инвертирующего повторителя тока, первый дополнительный конденсатор, второй дополнительный конденсатор. 5 ил.
Наверх