Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых и цифровых импульсных сигналов в устройствах различного функционального назначения, работающих на емкостную нагрузку. Достигаемый технический результат - повышение быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширение диапазона его рабочих частот. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки содержит выходной каскад, вход которого соединен с источником входного сигнала, а выход подключен к конденсатору цепи нагрузки, преобразователь «напряжение-ток», потенциальный вход которого соединен с выходом выходного каскада, потенциальный выход соединен с цепью коррекции, первый токовый выход подключен ко входу первого токового зеркала, согласованного с первой шиной источника питания, второй токовый выход подключен ко входу второго токового зеркала, согласованного со второй шиной источника питания, токовые выходы первого и второго токовых зеркал связаны с выходом выходного каскада, причем приращение токов первого и второго токовых выходов преобразователя «напряжение-ток» для соответствующих полярностей выходных напряжений пропорциональны проводимости цепи коррекции. 1 н. и 1 з.п. ф-лы.,9 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых и цифровых импульсных сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на емкостную нагрузку).

Известны схемы драйверов линий связи, построенных на основе операционных усилителей с отрицательной обратной связью, которые стали основой многих серийных микросхем первого и второго поколения [1-7].

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является драйвер с емкостной нагрузкой, описанный в книге Достала И. Операционные усилители. - М.: Мир, 1982, с.447, рис.13.18, содержащий источник сигнала 1, связанный со входом буферного каскада 2, выход которого 3 подключен к конденсатору цепи нагрузки 4.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он характеризуется сравнительно низким быстродействием из-за влияния конденсатора цепи нагрузки 4 на переходный процесс выходного напряжения.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот.

Поставленная задача достигается тем, что в драйвере емкостной нагрузки (фиг.1), содержащем выходной каскад 1, вход которого соединен с источником входного сигнала 2, а выход 3 подключен к конденсатору цепи нагрузки 4, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен преобразователь «напряжение-ток» 5, потенциальный вход которого соединен с выходом 3 выходного каскада 1, потенциальный выход 6 соединен с цепью коррекции 7, первый 8 токовый выход подключен ко входу первого 9 токового зеркала, согласованного с первой 10 шиной источника питания, второй 11 токовый выход подключен ко входу второго 12 токового зеркала, согласованного со второй 13 шиной источника питания, токовые выходы первого 9 и второго 12 токовых зеркал связаны с выходом 3 выходного каскада 1, причем приращение токов первого 8 и второго 11 токовых выходов преобразователя «напряжение-ток» 5 для соответствующих полярностей выходных напряжений пропорциональны проводимости цепи коррекции 7.

На фиг.1 приведена схема драйвера-прототипа, где Rвых - выходное сопротивление операционного усилителя.

На фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.

На фиг.3 показана схема 5 преобразователя «напряжение-ток» в соответствии с п.2 формулы изобретения.

На фиг.4 показан пример практического использования заявляемого устройства фиг.2 для управления дифференциальной линией связи, содержащей два конденсатора цепи нагрузки 4 и 4* и два противофазных источника входных напряжений 2 и 2*.

На фиг.5 представлена схема заявляемого устройства фиг.2 в среде PSpice при реализации преобразователя «напряжение-ток» по схеме фиг.3.

На фиг.6 представлена зависимость времени установления выходного импульса напряжения схемы фиг.5 от значения емкости конденсатора 20 Ск20 цепи нагрузки 7 фиг.2 при коэффициенте передачи токовых зеркал 9 и 12, равном единице.

На фиг.7 приведена зависимость времени установления выходного импульса напряжения схемы фиг.5 от значения емкости конденсатора 20 Ск20 цепи коррекции 7 при коэффициенте усиления токовых зеркал 9 и 12, равном двум единицам.

На фиг.8 представлена схема драйвера фиг.4 в среде компьютерного моделирования PSpice.

На фиг.9 показана зависимость времени установления выходных импульсов напряжения драйвера фиг.8 от значения емкости конденсатора Ск20 цепи коррекции 7 при коэффициенте усиления токовых зеркал 9 и 12, равном единице.

Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки фиг.2 содержит выходной каскад 1, вход которого соединен с источником входного сигнала 2, а выход 3 подключен к конденсатору цепи нагрузки 4. В схему введен преобразователь «напряжение-ток» 5, потенциальный вход которого соединен с выходом 3 выходного каскада 1, потенциальный выход 6 соединен с цепью коррекции 7, первый 8 токовый выход подключен ко входу первого 9 токового зеркала, согласованного с первой 10 шиной источника питания, второй 11 токовый выход подключен ко входу второго 12 токового зеркала, согласованного со второй 13 шиной источника питания, токовые выходы первого 9 и второго 12 токовых зеркал связаны с выходом 3 выходного каскада 1, причем приращение токов первого 8 и второго 11 токовых выходов преобразователя «напряжение-ток» 5 для соответствующих полярностей выходных напряжений пропорциональны проводимости цепи коррекции 7.

Кроме этого в схеме фиг.2 цепь коррекции 7 реализована на основе конденсатора 20. Резистор 21 моделирует эквивалентное сопротивление на выходе 3, которое учитывает входное сопротивление преобразователя 5 и выходные сопротивления токовых зеркал 9, 12. Выходной каскад 1 реализован здесь на основе резисторов 22, 23 и операционного усилителя 24 по традиционной схеме. Резистор 25 моделирует конечное значение выходного сопротивления выходного каскада 1.

На чертеже фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, преобразователь «напряжение-ток» 5 содержит первый 14 и второй 15 входные транзисторы разного типа проводимости с объединенными базами, являющимися потенциальным входом преобразователя «напряжение-ток» 5, эмиттеры первого 14 и второго 15 входных транзисторов через соответствующие первый 16 и второй 17 токостабилизирующие двухполюсники связаны с соответствующими первой 10 и второй 13 шинами источника питания, коллектор первого 14 входного транзистора соединен со второй 13 шиной источника питания, коллектор второго 15 входного транзистора соединен с первой 10 шиной источника питания, эмиттер первого 14 входного транзистора соединен с базой первого 18 выходного транзистора, эмиттер которого подключен к потенциальному выходу 6 преобразователя «напряжение-ток» 5, а коллектор соединен с первой 10 шиной источника питания, эмиттер второго 15 входного транзистора соединен с базой второго 19 выходного транзистора, эмиттер которого подключен к потенциальному выходу 6 преобразователя «напряжение-ток» 5, а коллектор соединен со второй 13 шиной источника питания.

Рассмотрим работу известного (фиг.1) и предлагаемого (фиг.2) устройств.

При скачкообразном изменении входного напряжения на входе выходного каскада 1 (фиг.1) начинается достаточно медленный процесс заряда конденсатора цепи нагрузки 4 (С4). Постоянная времени цепи заряда этой емкости определяется выходным сопротивлением Rвых.1≈R25 выходного каскада 1 и емкостью конденсатора 4 (С4) (фиг.2).

В заявляемой схеме фиг.2 напряжение на конденсаторе С4 ( U в ы х ) передается на выход преобразователя «напряжение-ток» 5, что приводит к увеличению тока через цепь коррекции 7 и, следовательно, выходного тока первого токового выхода 8 i = K i 8 i c k i c k , где Ki8≈1 - коэффициент передачи по току преобразователя «напряжение-ток» 5. Как следствие, это приводит к увеличению выходного тока первого 9 токового зеркала i9=Ki8Ki9ick≈ick, что ускоряет процесс перезаряда конденсатора цепи нагрузки 4. Таким образом, на выходе токового зеркала 9 формируется импульс тока, способствующий более быстрому заряду конденсатора цепи нагрузки 4 (С4). Об этом свидетельствуют графики фиг.6, когда при емкости конденсатора 20 цепи коррекции 7 Ck≈C20=43 пф время установления переходного процесса уменьшается с 48 нс до 5 нс, т.е. в 9 раз.

При коэффициенте передачи токового зеркала 9 Ki9=-2 и нерациональном выборе Ck=C20 в схеме фиг.5 возможно существенное перерегулирование выходного напряжения, что необходимо учитывать при создании практических устройств.

Таким образом, заявляемый драйвер обеспечивает при емкостной нагрузке более высокое быстродействие.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент США №4.691.174, fig. 1, fig. 5.

2. Патент США №4.667.146 fig. 1.

3. Патент США №4.528.515 fig. 2.

4. Патент США №4.475.087 fig. 10.

5. Патент США №4.536.717 fig. 1.

6. Патент США №4.714.896 fig. 1.

7. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2-е изд., испр. - М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2007. - С.34, рис.1.22.

1. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки, содержащий выходной каскад (1), вход которого соединен с источником входного сигнала (2), а выход (3) подключен к конденсатору цепи нагрузки (4), отличающийся тем, что в схему введен преобразователь «напряжение-ток» (5), потенциальный вход которого соединен с выходом (3) выходного каскада (1), потенциальный выход (6) соединен с цепью коррекции (7), первый (8) токовый выход подключен ко входу первого (9) токового зеркала, согласованного с первой (10) шиной источника питания, второй (11) токовый выход подключен ко входу второго (12) токового зеркала, согласованного со второй (13) шиной источника питания, токовые выходы первого (9) и второго (12) токовых зеркал связаны с выходом (3) выходного каскада (1), причем приращение токов первого (8) и второго (11) токовых выходов преобразователя «напряжение-ток» (5) для соответствующих полярностей выходных напряжений пропорциональны проводимости цепи коррекции (7).

2. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки по п.1, отличающийся тем, что преобразователь «напряжение-ток» (5) содержит первый (14) и второй (15) входные транзисторы разного типа проводимости с объединенными базами, являющимися потенциальным входом преобразователя «напряжение-ток» (5), эмиттеры первого (14) и второго (15) входных транзисторов через соответствующие первый (16) и второй (17) токостабилизирующие двухполюсники связаны с соответствующими первой (10) и второй (13) шинами источника питания, коллектор первого (14) входного транзистора соединен со второй (13) шиной источника питания, коллектор второго (15) входного транзистора соединен с первой (10) шиной источника питания, эмиттер первого (14) входного транзистора соединен с базой первого (18) выходного транзистора, эмиттер которого подключен к потенциальному выходу (6) преобразователя «напряжение-ток» (5), а коллектор соединен с первой (10) шиной источника питания, эмиттер второго (15) входного транзистора соединен с базой второго (19) выходного транзистора, эмиттер которого подключен к потенциальному выходу (6) преобразователя «напряжение-ток» (5), а коллектор соединен со второй (13) шиной источника питания.



 

Похожие патенты:

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).

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. 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.

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада операционного усилителя (ОУ) для дифференциального сигнала.

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.

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов. .

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

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении стабильности операционного усилителя на постоянном токе. Устройство содержит входной дифференциальный каскад с токовыми выходами, согласованный с первой шиной источника питания, первое и второе токовые зеркала, согласованные со второй шиной источника питания, первый и второй токостабилизирующие двухполюсники, первый и второй токовые выходы входного дифференциального каскада связаны с эмиттером первого, второго, третьего и четвертого дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, базы первого и третьего дополнительных транзисторов объединены и подключены к источнику вспомогательного напряжения, коллектор первого дополнительного транзистора соединен со входом первого токового зеркала, коллектор третьего дополнительного транзистора соединен со входом второго токового зеркала, первый вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго и четвертого дополнительных транзисторов через первый дополнительный резистор, второй вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго и четвертого дополнительных транзисторов через второй дополнительный резистор. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к усилителю устройства обработки сигналов. Технический результат заключается в обеспечении возможности усиления входного сигнала, содержащего низкочастотный компонент. Когда переключатель (SW1) задается выключенным, а переключатель (SW2) задается включенным, напряжение контактного вывода (205) SigOut стабилизируется с помощью опорного напряжения, и напряжение смещения прикладывается к конденсатору (C1). Изменяя переключатель (SW2) из включенного состояния в выключенное при напряжении смещения, сохраненном в конденсаторе (C1), сигнал обнаружения, который вводится через контактный вывод (201) SigIn, усиливается с помощью опорного напряжения в качестве опорного уровня, и усиленный сигнал выводится из контактного вывода (205) SigOut. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к схемам входных каскадов на КМОП-транзисторах. Технический результат: расширение диапазона активной работы дифференциального входного каскада. Исток первого входного транзистора соединен со стоком четвертого входного полевого транзистора через первый дополнительный резистор, исток второго входного транзистора соединен со стоком третьего входного полевого транзистора через второй дополнительный резистор и через дополнительную цепь смещения потенциалов связан с затвором второго выходного транзистора, который подключен ко второй шине источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник. 13 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является увеличение ширины полосы пропускания операционного усилителя (ОУ), а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. ОУ содержит два входных транзистора, два последовательно соединенных прямосмещенных р-n-перехода, два токостабилизирующих двухполюсника, две шины источника питания, два промежуточных транзистора, два вспомогательных источника напряжения питания, два токостабилизирующих резистора и два токовых зеркала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх