Избирательный усилитель



Избирательный усилитель
Избирательный усилитель
Избирательный усилитель
Избирательный усилитель
Избирательный усилитель
Избирательный усилитель

 


Владельцы патента RU 2485675:

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 и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Технический результат: повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство СВЧ диапазона с f0=1÷5 ГГц. Избирательный усилитель отличается тем, что между коллектором первого (2) входного транзистора и эмиттером второго (6) входного транзистора включены последовательно соединенные третий (11) резистор и второй (13) корректирующий конденсатор, между коллектором второго (2) входного транзистора и шинами первого (5) и второго (9) источников питания включен по переменному току третий (16) корректирующий конденсатор, база выходного транзистора (14) подключена к коллектору второго (6) входного транзистора, его коллектор связан со второй (9) шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства (17) и через третий (18) токостабилизирующий двухполюсник связан с первой (5) шиной источника питания, причем между выходом устройства (17) и входом устройства (1) включен четвертый (12) резистор. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п.

В задачах выделения высокочастотных и СВЧ сигналов сегодня широко используются интегральные операционные усилители со специальными элементами RC-коррекции, формирующими амплитудно-частотную характеристику резонансного типа [1, 2]. Однако классическое построение таких избирательных усилителей (ИУ) сопровождается значительными энергетическими потерями, которые идут в основном на обеспечение статического режима достаточно большого числа транзисторов, образующих операционный усилитель СВЧ-диапазона [1, 2]. В этой связи достаточно актуальной является задача построения СВЧ избирательных усилителей ИУ на трех-четырех транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с достаточно высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц при малом энергопотреблении.

Известны схемы усилителей, интегрированных в архитектуру RC-фильтров на основе биполярных транзисторов, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-15]. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется входным корректирующим конденсатором.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US 6.642.794. Он содержит вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики и коэффициент усиления по напряжению К0>1 на частоте квазирезонанса (f0).

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство СВЧ диапазона с f0=1÷5 ГГц.

Поставленная задача решается тем, что в усилителе фиг.1, содержащем вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник, предусмотрены новые элементы и связи - между коллектором первого 2 входного транзистора и эмиттером второго 6 входного транзистора включены последовательно соединенные третий 11 резистор и второй 13 корректирующий конденсатор, между коллектором второго 2 входного транзистора и шинами первого 5 и второго 9 источников питания включен по переменному току третий 16 корректирующий конденсатор, база выходного транзистора 14 подключена к коллектору второго 6 входного транзистора, его коллектор связан со второй 9 шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства 17 и через третий 18 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, причем между выходом устройства 17 и входом устройства 1 включен четвертый 12 резистор.

Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

На чертеже фиг.3 приведена схема ИУ фиг.2 в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов с входным преобразователем «напряжение-ток» на транзисторе Q17.

На чертеже фиг.4 показаны логарифмические амплитудно-частотная (ЛАЧХ) и фазо-частотная характеристики ИУ фиг.3 в диапазоне частот от 100 мГц до 10 ГГц, а на чертеже фиг.5 - в диапазоне частот от 100 кГц до 100 ГГц.

Избирательный усилитель фиг.2 содержит вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник. Между коллектором первого 2 входного транзистора и эмиттером второго 6 входного транзистора включены последовательно соединенные третий 11 резистор и второй 13 корректирующий конденсатор, между коллектором второго 2 входного транзистора и шинами первого 5 и второго 9 источников питания включен по переменному току третий 16 корректирующий конденсатор, база выходного транзистора 14 подключена к коллектору второго 6 входного транзистора, его коллектор связан со второй 9 шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства 17 и через третий 18 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, причем между выходом устройства 17 и входом устройства 1 включен четвертый 12 резистор.

Рассмотрим работу ИУ фиг.2.

Взаимодействие выходной цепи ИУ через последовательное соединение резистора 12 и конденсатора 3 с эмиттером транзистора 2 обеспечивает реализацию контура обратной связи. При этом в силу дифференциальных свойств этой цепи в области нижних частот (f<<f0) эта обратная связь является реактивной, а в силу интегрирующих свойств коллекторной нагрузки транзистора 2 (резистор 8 и конденсатор 16) в области верхних частот (f>>f0) глубина этой обратной связи асимптотически уменьшается. Именно эти свойства эмиттерной и коллекторной цепей транзистора 2 обеспечивают вещественность обратной связи на частоте квазирезонанса f0 ИУ, и поэтому ее действие направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления К0 устройства при сохранении неизменной указанной частоты f0.

Комплексный коэффициент передачи по напряжению Ky(jf) избирательного усилителя фиг.2 определяется соотношением, которое можно получить с помощью методов анализа электронных схем:

αi - коэффициент передачи эмиттерного тока i-го транзистора.

Важной особенностью схемы фиг.2 является возможность реализации ИУ с различными потребительскими свойствами. Так при выборе условия

за счет выбора параметра γ (как видно из соотношения (3)) можно реализовать дополнительные параметрические условия

и обеспечить реализацию добротности, которая определяется следующими аналитическими выражениями

Таким образом, в схеме фиг.2 добротность Q непосредственно определяется сопротивлением резистивных элементов схемы. Действительно, даже при R11<<R8

Следовательно, выбором соотношения между R10 и R12 можно обеспечить требуемое значение Q без изменения условий получения заданной частоты квазирезонанса (2).

Отметим, что условие (5) потенциально обеспечивает увеличение динамического диапазона схемы ИУ. При этих же условиях в силу γ≤2 (см. соотношения (3) и (8)) коэффициент усиления ИУ К0 практически определяется реализуемой добротностью, что подчеркивает структурные преимущества предложенной схемы. При этом, как это следует из (2), значение частоты квазирезонанса f0 и ее параметрическая чувствительность не изменяются.

Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.4, фиг.5.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления на частоте квазирезонанса f0 и повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz / N.Prokopenko, A.Budyakov, K.Schmalz, C.Scheytt, P.Ostrovskyy // Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC'08 / - Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - pp.50-53.

2. СВЧ СФ-блоки систем связи на базе полностью дифференциальных операционных усилителей / Прокопенко Н.Н., Будяков А.С., К.Schmalz, С.Scheytt // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем- 2010. Сборник трудов/ под общ. ред. академика РАН А.Л.Стемпковского. - М.: ИППМ РАН, 2010. - С.583-586.

3. Патент US 6.642.794, fig.4.

4. Патент US 5.914.639, fig.2.

5. Патент US 2011/0294446.

6. Патент WO/2006/077525.

7. Патентная заявка US 2007/0040604, fig.3.

8. Патентная заявка US 2006/018695, fig.3.

9. Патент WO/2003/052925 A1, fig.3.

10. Патентная заявка US 2011/0109388.

11. Патентная заявка US 2010/0201437.

12. Патент US 5.267.518.

13. Патент US 5.298.802.

14. Патент US 6.972.624.

15. Патент US 7.538.616.

1. Избирательный усилитель, вход (1) которого связан с эмиттером первого (2) входного транзистора через первый (3) корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник (4), включенный между эмиттером первого (2) входного транзистора и первой (5) шиной источника питания, второй (6) входной транзистор, база которого соединена с базой первого (2) входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения (7), первый (8) резистор, включенный между второй (9) шиной источника питания и коллектором первого (2) входного транзистора, второй (10) резистор, включенный между второй (9) шиной источника питания и коллектором второго (6) входного транзистора, третий (11) и четвертый (12) резисторы, второй (13) корректирующий конденсатор, выходной транзистор (14) и второй (15) токостабилизирующий двухполюсник, отличающийся тем, что между коллектором первого (2) входного транзистора и эмиттером второго (6) входного транзистора включены последовательно соединенные третий (11) резистор и второй (13) корректирующий конденсатор, между коллектором второго (2) входного транзистора и шинами первого (5) и второго (9) источников питания включен по переменному току третий (16) корректирующий конденсатор, база выходного транзистора (14) подключена к коллектору второго (6) входного транзистора, его коллектор связан со второй (9) шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства (17) и через третий (18) токостабилизирующий двухполюсник связан с первой (5) шиной источника питания, причем между выходом устройства (17) и входом устройства (1) включен четвертый (12) резистор.

2. Избирательный усилитель по п.1, отличающийся тем, что ко входу устройства (1) подключен источник сигнала с высоким выходным сопротивлением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники. .

Изобретение относится к дифференциальному усилительному устройству и, более конкретно, к коррекции напряжения смещения дифференциального усилительного устройства

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в качестве устройства усиления аналоговых сигналов датчиков различного функционального назначения

Изобретение относится к схемам для улучшения избирательности входных каскадов приемников, подходящих для беспроводной связи

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления за счет повышения добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0. В избирательный усилитель параллельно эмиттерно-базовым переходам первого (3) и второго (5) выходных транзисторов включены соответствующие дополнительные первый (17) и второй (18) прямосмещенные p-n переходы, при этом первый (7) выход устройства соединен с базой второго (4) входного транзистора через второй (13) конденсатор, база второго (4) входного транзистора соединена с общей шиной источников питания (19) через первый (20) дополнительный резистор, а база первого (3) выходного транзистора связана с базой второго (5) выходного транзистора. 3 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является повышение добротности амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса fo. Избирательный усилитель содержит источник входного напряжения, источник дополнительного питания, преобразователь «напряжение-ток», выходной и дополнительный транзисторы, два частото-задающих резистора, два токостабилизирующих двухполюсника, два корректирующих конденсатора. Выходной транзистор содержит коллектор, который через первый частото-задающий резистор связан с первой шиной источника питания. Выход преобразователя «напряжение-ток» соединен с коллектором выходного транзистора и через последовательно соединенные первый и второй корректирующие конденсаторы связан по переменному току с общей шиной источников питания. Общий узел первого и второго корректирующих конденсаторов через второй частотозадающий резистор соединен с выходом устройства и подключен к эмиттеру выходного транзистора. Эмиттер выходного транзистора через первый токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй шиной источника питания. База выходного транзистора соединена с эмиттером дополнительного транзистора и через второй токостабилизирующий двухполюсник соединена с первой шиной источника питания. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является повышение добротности амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса fo. Избирательный усилитель содержит источник входного сигнала, преобразователь «напряжение-ток», входной транзистор, источник вспомогательного напряжения, первый и второй частото-задающие резисторы, первый и второй корректирующие конденсаторы, дополнительное токовое зеркало, два токостабилизирующих двухполюсника. Источник входного сигнала связан со входом преобразователя «напряжение-ток». База входного транзистора подключена к источнику вспомогательного напряжения. Выход преобразователя «напряжение-ток» соединен с коллектором входного транзистора и через первый частото-задающий резистор связан с первой шиной источника питания, а также подключен ко входу дополнительного токового зеркала. Общий эмиттерный выход дополнительного токового зеркала соединен со второй шиной источника питания через первый дополнительный токостабилизирующий двухполюсник. 5 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, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов). Технический результат заключается в повышении верхней граничной частоты fгр коэффициента усиления по напряжению каскадного усилителя (КУ), расширении диапазона рабочих частот КУ, уменьшении общего энергопотребления. Широкополосный каскодный усилитель содержит входной транзистор (1), исток которого соединен с первой (2) шиной источника питания, затвор - с источником входного напряжения (3), а сток - с истоком первого (4) выходного транзистора и инвертирующим входом вспомогательного усилителя напряжения (5), выход которого подключен к затвору первого (4) выходного транзистора, а неинвертирующий вход связан с источником опорного напряжения (6), цепь нагрузки (7), включенную между выходом устройства (8) и второй (9) шиной источника питания. Сток первого (4) выходного транзистора соединен с истоком дополнительного транзистора (10), сток которого подключен к выходу устройства (8), а затвор связан со входом дополнительного неинвертирующего усилителя тока (11), выход которого соединен с истоком первого (4) выходного транзистора или истоком дополнительного транзистора (10), причем между второй (9) шиной источника питания и входом дополнительного неинвертирующего усилителя тока (11) включен дополнительный токостабилизирующий двухполюсник (12). 10 ил.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (К0) на частоте квазирезонанса f0. Устройство содержит первый и второй входные транзисторы, эмиттеры которых через первый токостабилизирующий двухполюсник связаны с первой шиной источника питания, источник входного напряжения, подключенный к базе второго входного транзистора, первый и второй частотозадающие резисторы, первый корректирующий конденсатор, причем коллектор первого входного транзистора связан со второй шиной источника питания. Коллектор второго входного транзистора связан со второй шиной источника питания через первый частотозадающий резистор и соединен по переменному току со второй шиной источника питания через последовательно соединенные первый и второй дополнительный корректирующие конденсаторы, общий узел которых соединен с выходом устройства и базой первого входного транзистора, причем база первого входного транзистора подключена по переменному току к общей шине источников питания через второй частотозадающий резистор. 8 ил.
Наверх