Гибридный дифференциальный усилитель



Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель
Гибридный дифференциальный усилитель

 


Владельцы патента RU 2519373:

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 быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Техническим результатом является уменьшение систематической составляющей напряжения смещения нуля, а также его температурного и радиационного дрейфа. Гибридный дифференциальный усилитель содержит первый (1) входной транзистор, база которого подключена к неинвертирующему входу (2) устройства, коллектор связан с первой (3) шиной источника питания, а эмиттер соединен с эмиттером второго (4) входного транзистора, причем база второго (4) входного транзистора соединена с инвертирующим входом (5) устройства, а его коллектор соединен с выходом (6) устройства и связан со второй (7) шиной источника питания через цепь нагрузки (8). В качестве первого (1) входного транзистора используется первый (1) полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соответствует базе, исток - эмиттеру, а сток - коллектору биполярного транзистора, а цепь нагрузки (8) содержит второй (9) полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соединен со второй (7) шиной источника питания, сток связан с коллектором второго (4) входного транзистора, а исток связан со второй (7) шиной источника питания через дополнительный p-n переход (10), идентичный эмиттерно-базовому переходу второго (4) входного транзистора. 1 з.п. ф-лы, 11 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, в фотоприемных устройствах, решающих усилителях с малыми значениями входной проводимости и т.п.).

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенными различными параметрами.

Особое место занимают комплементарные каскадные дифференциальные усилители [1-11]. Такие ДУ имеют предельно простую структуру и характеризуются наименьшим энергопотреблением.

Предлагаемое изобретение относится к данному классу устройств.

Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема комплементарного дифференциального каскада фиг.1, представленная в патенте США №6.781.459 fig. 4, которая также присутствует в большом числе других патентов и монографиях, например, [1-11]. Он содержит первый 1 входной транзистор, база которого подключена к неинвертирующему входу 2 устройства, коллектор связан с первой 3 шиной источника питания, а эмиттер - соединен с эмиттером второго 4 входного транзистора, причем база второго 4 входного транзистора соединена с инвертирующим входом 5 устройства, а его коллектор соединен с выходом 6 устройства и связан со второй 7 шиной источника питания через цепь нагрузки 8.

Существенный недостаток известного ДУ фиг.1 состоит в том, что он имеет повышенное значение систематической составляющей напряжения смещения нуля (Uсм=1,4÷1,5 B), что связано с несимметрией его архитектуры.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения UСМ, а также его температурного и радиационного дрейфа.

Поставленная задача достигается тем, что в комплементарном дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, база которого подключена к неинвертирующему входу 2 устройства, коллектор связан с первой 3 шиной источника питания, а эмиттер соединен с эмиттером второго 4 входного транзистора, причем база второго 4 входного транзистора соединена с инвертирующим входом 5 устройства, а его коллектор соединен с выходом 6 устройства и связан со второй 7 шиной источника питания через цепь нагрузки 8, предусмотрены новые элементы и связи, в качестве первого 1 входного транзистора используется первый 1 полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соответствует базе, исток - эмиттеру, а сток - коллектору биполярного транзистора, а цепь нагрузки 8 содержит второй 9 полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соединен со второй 7 шиной источника питания, сток связан с коллектором второго 4 входного транзистора, а исток связан со второй 7 шиной источника питания через дополнительный p-n переход 10, идентичный эмиттерно-базовому переходу второго 4 входного транзистора.

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

Схема ДУ, соответствующая п.2 формулы изобретения, показана на чертеже фиг.3.

На чертеже фиг.4 приведена схема операционного усилителя на основе заявляемого ДУ, в котором включен дополнительный буферный усилитель на транзисторе 13 и источнике смещения потенциалов 14, а также введена 100% отрицательная обратная связь с выхода 15 на вход 5.

Схема ОУ в среде PSpice на моделях транзисторов аналогового базового матричного кристалла, соответствующая чертежу фиг.4, приведена на чертеже фиг.5, а зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты данного (разомкнутого) ОУ представлена на чертеже фиг.6. Напряжение смещения нуля ОУ фиг.5 соответствует Uсм=-8,2 мВ.

На чертеже фиг.7 приведена зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты ОУ фиг.5 при 100% отрицательной обратной связи.

Схема фиг.8 соответствует чертежу фиг.5, однако выходной буферный усилитель выполнен здесь в виде составного транзистора Q7, Q8, а напряжение смещения нуля данного ОУ соответствует Uсм=-3,1 мВ.

На чертеже фиг.9 представлена частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению ОУ фиг.8 без обратной связи.

На чертеже фиг.10 приведена зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты ОУ фиг.8 при 100% отрицательной обратной связи.

На чертеже фиг.11 приведена схема ОУ фиг.8, в котором за счет уменьшения резистора R1 обеспечено малое напряжение смещения нуля (Uсм=-22,2 мкВ).

Гибридный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 входной транзистор, база которого подключена к неинвертирующему входу 2 устройства, коллектор связан с первой 3 шиной источника питания, а эмиттер соединен с эмиттером второго 4 входного транзистора, причем база второго 4 входного транзистора соединена с инвертирующим входом 5 устройства, а его коллектор соединен с выходом 6 устройства и связан со второй 7 шиной источника питания через цепь нагрузки 8. В качестве первого 1 входного транзистора используется первый 1 полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соответствует базе, исток - эмиттеру, а сток - коллектору биполярного транзистора, а цепь нагрузки 8 содержит второй 9 полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соединен со второй 7 шиной источника питания, сток связан с коллектором второго 4 входного транзистора, а исток связан со второй 7 шиной источника питания через дополнительный p-n переход 10, идентичный эмиттерно-базовому переходу второго 4 входного транзистора.

На чертеже фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в цепь истока первого 1 и второго 9 полевых транзисторов с управляющим p-переходом включены соответственно первый 11 и второй 12 дополнительные резисторы.

На чертеже фиг.4 в схему включен дополнительный буферный усилитель на транзисторе 13 и источнике напряжения смещения 14, выход которого соединен с выходом устройства 15.

Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.2, т.е. зависящие от схемотехники ОУ.

Ток истока и стока полевого транзистора 9 (IИ=IС=I0) зависит от крутизны его стокозатворной характеристики при Uзи.9=UAB≈0,7В. При идентичных p-n переходах второго 4 входного транзистора и дополнительного p-n перехода 10, а также идентичных полевых транзисторах 1 и 9 эмиттерный ток транзистора 4 и ток истока транзистора 1 также будут равны величине I0. Следовательно, напряжение смещения нуля рассматриваемого ДУ в соответствии с его определением [12]

U с м = U э б .4 U з и .1 0,                                 (1)

так как

       U A B = U э б .10 = U з и .9 , U A B = U э б .10 = U э б .4 = U A B ,                      (2)             U зи .1 = U з и .9 .

Таким образом, в рассматриваемой схеме обеспечивается малое напряжение смещения нуля.

Дифференциальный коэффициент усиления по напряжению заявляемого ДУ фиг.2:

K y = u в ы х .6 u в х .1 u в х .2 = u в ы х .6 u в х .1.2 R н . э к в r э 4 + S 1 1

где r э 4 ϕ т I 0 - сопротивление эмиттерного перехода транзистора 4;

S1 - крутизна стокозатворной характеристики полевого транзистора 1;

φт=26 мВ - температурный потенциал;

Rн.экв - эквивалентное сопротивление нагрузки ДУ.

Причем

R н . э к в ( ϕ т I 0 + 1 S 9 ) / h 12.9 3 ,                             (4)

где S9 - крутизна стокозатворной характеристики полевого транзистора 9;

h 12.9 3 = 10 2 ÷ 10 4 - коэффициент внутренней обратной связи полевого транзистора 9, зависящей от его конструкции и технологии изготовления.

При изменении температуры (и уровня радиации) изменяется ток стока транзистора 9. Однако точно так же (в связи с симметрией эмиттерной цепи) изменяется ток истока транзистора 1 и коллекторный ток транзистора 4. В результате Uсм схемы изменяется незначительно.

Таким образом, в заявляемом устройстве уменьшается систематическая составляющая напряжения смещения нуля Uсм.

Следовательно, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока и может использоваться в качестве IP-модулей современных систем на кристалле, реализуемых, например, по технологии аналоговых базовых матричных кристаллов АБМК_1_3.

Библиографический список

1. Патент США №4.415.868 fig. 3

2. Патент ФРГ №2928841 fig. 3

3. Патент Японии JP 54-34589, кл. 98(5) А014

4. Патент Японии JP 154-10221, кл. H03F 3/45

5. Патент Японии JP 54-102949, кл. 98(5) А21

6. Патент США №4.366.442 fig. 2

7. Патент США №6.426.678

8. Патентная заявка США 2007/0152753 fig. 5 с

9. Патент США №6.531.920, fig.4

10. Патент США №4.262.261

11. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М.: ИП РадиоСофт, 2002. - 272 с. - Рис.9.3 (стр.235).

12. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов / Анисимов В.И., Капитонов М.В., Прокопенко Н.Н., Соколов Ю.М. - Л.: «Энергия», 1979. - 148 с.

1. Гибридный дифференциальный усилитель, содержащий первый (1) входной транзистор, база которого подключена к неинвертирующему входу (2) устройства, коллектор связан с первой (3) шиной источника питания, а эмиттер соединен с эмиттером второго (4) входного транзистора, причем база второго (4) входного транзистора соединена с инвертирующим входом (5) устройства, а его коллектор соединен с выходом (6) устройства и связан со второй (7) шиной источника питания через цепь нагрузки (8), отличающийся тем, что в качестве первого (1) входного транзистора используется первый (1) полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соответствует базе, исток - эмиттеру, а сток - коллектору биполярного транзистора, а цепь нагрузки (8) содержит второй (9) полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соединен со второй (7) шиной источника питания, сток связан с коллектором второго (4) входного транзистора, а исток связан со второй (7) шиной источника питания через дополнительный p-n переход (10), идентичный эмиттерно-базовому переходу второго (4) входного транзистора.

2. Гибридный дифференциальный усилитель по п.1, отличающийся тем, что в цепь истока первого (1) и второго (9) полевых транзисторов с управляющим p-n переходом включены соответственно первый (11) и второй (12) дополнительные резисторы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п. Технический результат - уменьшение общего энергопотребление за счет увеличения затухания входного сигнала в диапазоне низких частот при повышенной и стабильной добротности АЧХ ИУ и коэффициенте усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0.

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники, связи. Техническим результатом является повышение коэффициента ослабления входного синфазного напряжения и исключение синфазной составляющей в выходных сигналах операционных усилителей, что позволит повысить эффективность использования их амплитудной характеристики.

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. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (К0) на частоте квазирезонанса f0.

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).

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.

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.

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.

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 качестве устройства усиления аналоговых сигналов датчиков различного функционального назначения.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления. Избирательный усилитель содержит первый (1) входной транзистор, база которого соединена со входом (2) устройства, а коллектор соединен с выходом (3) устройства и через первый (4) частотозадающий резистор связан с первой (5) шиной источника питания, первый (6) корректирующий конденсатор, включенный по переменному току параллельно первому (4) частотозадающему резистору, второй (7) входной транзистор, коллектор которого связан со второй (8) шиной источника питания, а эмиттер подключен к эмиттеру первого (1) входного транзистора, второй (9) частотозадающий резистор, первый вывод которого соединен с базой второго (7) входного транзистора, второй (10) корректирующий конденсатор, первый вывод которого соединен с базой второго (7) входного транзистора. Второй вывод второго (10) корректирующего конденсатора подключен к выходу (3) устройства, а второй вывод второго (9) частотозадающего резистора соединен с первым (11) источником вспомогательного напряжения. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Технический результат - повышение добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (К0) на частоте квазирезонанса f0,что позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление. Избирательный усилитель содержит источник входного напряжения (1), преобразователь «напряжение-ток» (2), выходной транзистор (3), первую (4) шину источника питания, первый (5) частотозадающий резистор, первый (6) и второй (7) корректирующие конденсаторы, второй (8) и третий (9) частотозадающие резисторы, источник вспомогательного напряжения (10), отрицательную шину источника питания (11), общую шину источников питания (12), выход устройства (13), первый (14) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, дополнительный транзистор (15) и дополнительный конденсатор (16). 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к составному транзистору, который может быть использован в качестве устройства усиления аналоговых сигналов и в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Технический результат заключается в повышении в 8÷10 раз верхней граничной частоты различных усилителей за счет уменьшение входной и выходной емкостей используемого в них составного транзистора. Составной транзистор содержит входной транзистор (1), база которого является базой (2), а эмиттер - эмиттером (3) составного транзистора, выходной транзистор (4), коллектор которого является коллектором (5) составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора (1), при этом в схему введен дополнительный транзистор (6), статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока (7), включенным между первой (8) шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора (6), причем база дополнительного транзистора (6) соединена с базой входного транзистора (1), его коллектор связан с эмиттером входного транзистора (1), а эмиттер подключен к базе выходного транзистора (4). 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к управляемым избирательным усилителям. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса. Избирательный усилитель содержит источник сигнала, подключенный к базе первого входного транзистора, второй входной транзистор, первый токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого входного транзистора и первой шиной источника питания, второй токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго входного транзистора и первой шиной источника питания, первый корректирующий конденсатор, включенный между эмиттером первого и второго входных транзисторов, первый частотозадающий резистор, включенный между коллектором первого входного транзистора и второй шиной источника питания, второй корректирующий конденсатор, второй частотозадающий резистор. Второй корректирующий конденсатор включен между базой второго входного транзистора и коллектором первого входного транзистора, второй частотозадающий резистор включен между базой второго входного транзистора, связанной с выходом устройства и общей шиной источников питания, причем параллельно второму частотозадающему резистору включен по переменному току дополнительный корректирующий конденсатор. 8 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 входных сопротивлений для дифференциального и синфазного сигналов по двум из четырех входов ОУ. В мультидифференциальном операционном усилителе в качестве первого (5) и второго (8) выходных транзисторов используются первый и второй полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом, затворы которых соответствуют базе, стоки - коллекторам, а истоки - эмиттерам соответствующих первого (5) и второго (8) выходных транзисторов, причем коллектор первого (1) входного транзистора связан со второй (10) шиной источника питания, сток второго (8) выходного полевого транзистора связан с первой (7) шиной источника питания, выход второго (9) токового зеркала подключен к выходу устройства (11), затвор первого (5) выходного полевого транзистора соединен со вторым (12) неинвертирующим входом устройства, а затвор второго (8) выходного полевого транзистора соединен со вторым (13) инвертирующим входом устройства. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к управляемым избирательным усилителям. Технический результат заключается в расширение частотного диапазона избирательного усилителя. Избирательный усилитель содержит основной операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен первый частотозадающий резистор, первый и второй частотозадающие конденсаторы, включенные последовательно между выходом основного операционного усилителя и его инвертирующим входом, второй частотозадающий резистор, первый вывод которого соединен с общим узлом последовательно включенных первого и второго частотозадающих конденсаторов, источник входного напряжения, связанный со вторым выводом второго частотозадающего резистора. Источник входного напряжения связан со вторым выводом второго частотозадающего резистора через дополнительный инвертирующий каскад, неинвертирующий вход которого соединен с инвертирующим входом основного операционного усилителя. 10 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты. Достигаемый технический результат: получение на выходе не только амплитудных изменений выходного сигнала под действием управляющего напряжения, но и его фазы, что позволяет подавить основные гармоники. Управляемый усилитель и смеситель аналоговых сигналов содержит первый (1) и второй (2) источники противофазных входных напряжений, первый (3) входной транзистор, эмиттер которого через первый (4) токостабилизирующий двухполюсник связан с первым (5) источником питания, второй (6) входной транзистор, эмиттер которого через второй (7) токостабилизирующий двухполюсник связан с первым (5) источником питания, третий (8) входной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером четвертого (9) входного транзистора и через третий (10) токостабилизирующий двухполюсник соединен с первым (5) источником питания, дифференциальную цепь нагрузки, согласованную со вторым источником питания. 3 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства для прецизионного усиления по мощности аналоговых сигналов, в структурах неинвертирующих усилителей и выходных каскадов различного функционального назначения, в том числе ВЧ- и СВЧ-диапазонов. Технический результат: уменьшение уровня нелинейных искажений и шумов различного происхождения в цепи нагрузки ШНУ с неинвертирующим выходным каскадом. Широкополосный неинвертирующий усилитель с малым уровнем нелинейных искажений и шумов содержит неинвертирующий выходной каскад (1), вход которого связан со входом устройства (2) и источником входного напряжения (3) через согласующий резистор (4), цепь нагрузки (5), подключенную к выходу (6) устройства, связанному с выходом неинвертирующего выходного каскада (1). Между входом (2) и выходом (6) устройства включены последовательно соединенные инвертирующий буферный усилитель (7), второй (8) и третий (9) дополнительные резисторы, причем общий узел (10) второго (8) и третьего (9) дополнительных резисторов подключен ко входу корректирующего каскада (11), токовый выход которого (12) соединен со входом неинвертирующего выходного каскада (1). 2 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении эквивалентной выходной емкости составного транзистора. Составной транзистор с малой выходной емкостью содержит выходной транзистор, база которого связана с эмиттером входного транзистора, коллектор подключен к коллектору входного транзистора и связан с эквивалентным коллекторным выводом составного транзистора, база входного транзистора соединена с эквивалентным базовым выводом составного транзистора, а эмиттер выходного транзистора связан с эквивалентным эмиттерным выводом составного транзистора, причем между коллектором и базой выходного транзистора включена первая паразитная емкость коллектор-база, а между коллектором и базой входного транзистора включена вторая паразитная емкость коллектор-база, причем база выходного транзистора связана с эмиттером входного транзистора через неинвертирующий усилитель тока. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

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 ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0. Управляемый избирательный усилитель содержит источник входного напряжения (1), выходной транзистор (2), источник вспомогательного напряжения (3), первый (4) и второй (5) частотозадающие резисторы, первую (6) шину источника питания, первый (7) корректирующий конденсатор, второй (8) корректирующий конденсатор, цепь установления статического режима (9) выходного транзистора (2), вторую (10) шину источника питания, первый (12), второй (13) и третий (15) дополнительные транзисторы, первый (14) и второй (16) токостабилизирующие двухполюсники. Выход устройства (11) связан с общим узлом последовательно соединенных первого (4) и второго (5) частотозадающих резисторов. 12 ил.
Наверх