Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном



Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном

 


Владельцы патента RU 2525744:

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

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.

 

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

В задачах выделения высокочастотных сигналов сегодня широко используются интегральные операционные усилители (ОУ) с элементами RC-коррекции, формирующими амплитудно-частотную характеристику резонансного типа [1-7]. Однако классическое построение таких избирательных усилителей (ИУ) приводит к существенной зависимости их основных параметров (добротности Q и частоты квазирезонанса f0) от частоты единичного усилителя f1 используемых ОУ. Это не позволяет обеспечить работу ИУ с микромощными и, как следствие, низкочастотными ОУ. В этой связи весьма актуальной является задача поиска архитектур избирательных усилителей, имеющих слабую зависимость частоты квазирезонанса f0 от f1 применяемых активных элементов (ОУ).

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является классический избирательный усилитель фиг.1, известный специалистам как схема Рауха, представленный в патенте US 5.336.242, фиг.3. Он содержит основной операционный усилитель 1, между выходом 2 и инвертирующим входом которого включен первый 3 частотозадающий резистор, первый 4 и второй 5 частотозадающие конденсаторы, включенные последовательно между выходом 2 основного операционного усилителя 1 и его инвертирующим входом, второй 6 частотозадающий резистор, первый вывод которого соединен с общим узлом 7 последовательно включенных первого 4 и второго 5 частотозадающих конденсаторов, источник входного напряжения 8, связанный со вторым выводом второго 6 частотозадающего резистора.

Существенный недостаток известного ИУ-прототипа состоит в том, что частота квазирезонанса f0 его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) существенно зависит от численных значений частоты единичного усиления f1 основного ОУ - при уменьшении f1, например, при переводе основного ОУ в микрорежим, f0 уменьшается. Таким образом, с микромощными ОУ схема Рауха неработоспособна на высоких частотах.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в расширении частотного диапазона ИУ за счет ослабления влияния частоты f1 основного ОУ на частоту квазирезонанса f0. Это позволяет, в ряде случаев, реализовать высококачественное избирательное устройство в диапазонах высоких и сверхвысоких частот с использованием типовых ОУ, имеющих сравнительно небольшие значения f1 и малое энергопотребление.

Поставленная задача решается тем, что в избирательном усилителе фиг.1, содержащем основной операционный усилитель 1, между выходом 2 и инвертирующим входом которого включен первый 3 частотозадающий резистор, первый 4 и второй 5 частотозадающие конденсаторы, включенные последовательно между выходом 2 основного операционного усилителя 1 и его инвертирующим входом, второй 6 частотозадающий резистор, первый вывод которого соединен с общим узлом 7 последовательно включенных первого 4 и второго 5 частотозадающих конденсаторов, источник входного напряжения 8, связанный со вторым выводом второго 6 частотозадающего резистора, предусмотрены новые элементы и связи - источник входного напряжения 8 связан со вторым выводом второго 6 частотозадающего резистора через дополнительный инвертирующий каскад 9, неинвертирующий вход которого соединен с инвертирующим входом основного операционного усилителя 1.

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 практическая схема избирательного усилителя фиг.2 с компенсацией влияния частоты единичного усиления f1 основного операционного усилителя 1 на частоту квазирезонанса f0, в котором дополнительный неинвертирующий каскад 9 реализован на основе вспомогательного ОУ 10 и резисторов обратной связи 11 и 12.

На чертеже фиг.4а представлена схема, которая используется ниже в заявляемом ИУ в качестве основного 1 и вспомогательного 10 операционных усилителей с емкостью коррекции С1, а на чертеже фиг.4б - его блок-схема со стопроцентной обратной связью.

Чертеж фиг.5 иллюстрирует зависимость верхней граничной частоты операционного усилителя фиг.4 от емкости корректирующего конденсатора Скорр=С1. Это позволяет исследовать влияние верхней граничной частоты ОУ 1 и 10 (или частоты f1) на f0 заявляемого ИУ.

На чертеже фиг.6 представлена схема ИУ-прототипа (классическая схема Рауха) на основе операционного усилителя фиг.4 в среде PSpice.

На чертеже фиг.7 представлена зависимость коэффициента передачи схемы ИУ фиг.6 от частоты при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Скорр=С1=Сс (100÷500 пФ).

На чертеже фиг.8 приведена схема ИУ фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НИН «Пульсар» с использованием ОУ фиг.4, а на чертеже фиг.9 показаны частотные зависимости коэффициента усиления по напряжению (К0) ИУ, выраженные в децибелах, схемы ИУ-прототипа (фиг.6) при Скорр=С1=190 пФ и 500 пФ и схемы заявляемого ИУ (фиг.8) при Скорр=С1=500 пФ.

Чертеж фиг.10 иллюстрирует частотную зависимость модуля коэффициента усиления по напряжению Ku=uвых/uх схемы ИУ-прототипа фиг.6 при Скорр=С1=190 пФ и 500 пФ и схемы заявляемого ИУ фиг.8 при Скорр=С1=500 пФ.

Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном фиг.2 содержит основной операционный усилитель 1, между выходом 2 и инвертирующим входом которого включен первый 3 частотозадающий резистор, первый 4 и второй 5 частотозадающие конденсаторы, включенные последовательно между выходом 2 основного операционного усилителя 1 и его инвертирующим входом, второй 6 частотозадающий резистор, первый вывод которого соединен с общим узлом 7 последовательно включенных первого 4 и второго 5 частотозадающих конденсаторов, источник входного напряжения 8, связанный со вторым выводом второго 6 частотозадающего резистора. Источник входного напряжения 8 связан со вторым выводом второго 6 частотозадающего резистора через дополнительный инвертирующий каскад 9, неинвертирующий вход которого соединен с инвертирующим входом основного операционного усилителя 1.

В схеме фиг.3 дополнительный инвертирующий каскад 9 реализован на основе вспомогательного ОУ 10 и резисторов отрицательной обратной связи 11, 12, определяющих коэффициент передачи дополнительного инвертирующего каскада 9 (Ky9=R11/R12).

Рассмотрим работу схемы фиг.2.

Комплексный коэффициент передачи ИУ фиг.2 как отношение выходного напряжения (выход устройства 13) к входному напряжению uвх (1) определяется формулой, которую можно получить с помощью методов анализа электронных схем:

K ( j f ) = u 13 u в х = K 0 j f f 0 Q f 0 2 f 2 + j f f 0 Q , ( 1 )

где f- частота входного сигнала;

f0 - частота квазирезонанса избирательного усилителя;

Q - добротность АЧХ избирательного усилителя;

К0 - коэффициент усиления ИУ на частоте квазирезонанса f0.

Можно показать аналитически, а также путем компьютерного моделирования (см. чертежи фиг.7, фиг.10, фиг.11, фиг.15), что заявляемый избирательный усилитель фиг.2 характеризуется слабым влиянием частоты единичного усиления f1 используемого основного 1 и дополнительного 10 операционных усилителей на основные параметры ИУ-добротность Q и частоту квазирезонанса f0. Это позволяет при прочих равных условиях получить более широкий диапазон рабочих частот ИУ при использовании относительно низкочастотных операционных усилителей 1 и 10.

Представленные на чертежах фиг.7, фиг.10, фиг.11 результаты моделирования ИУ подтверждают указанные свойства заявляемой схемы ИУ.

Таким образом, предлагаемое схемотехническое решение ИУ характеризуется более широким частотным диапазоном, а также ослабленным влиянием частоты единичного усиления f1 основного операционного усилителя 1 на смещение частоты квазирезонанса f0 относительно расчетных значений, а также повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 4.189.681 fig.1.

2. Патент US 6.404.279 fig.1.

3. Патент US 7.081.788 fig.6.

4. Патент US 6.268.766 fig.4.

5. Патент US 5.336.242 fig.3.

6. Патент US 6.492.865 fig.4.

7. Патент US 7.838.809 fig.13c.

Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном, содержащий основной операционный усилитель (1), между выходом (2) и инвертирующим входом которого включен первый (3) частотозадающий резистор, первый (4) и второй (5) частотозадающие конденсаторы, включенные последовательно между выходом (2) основного операционного усилителя (1) и его инвертирующим входом, второй (6) частотозадающий резистор, первый вывод которого соединен с общим узлом (7) последовательно включенных первого (4) и второго (5) частотозадающих конденсаторов, источник входного напряжения (8), связанный со вторым выводом второго (6) частотозадающего резистора, отличающийся тем, что источник входного напряжения (8) связан со вторым выводом второго (6) частотозадающего резистора через дополнительный инвертирующий каскад (9), неинвертирующий вход которого соединен с инвертирующим входом основного операционного усилителя (1).



 

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.

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.

Изобретение относится к составному транзистору, который может быть использован в качестве устройства усиления аналоговых сигналов и в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения.

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.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления.

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 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 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.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано в качестве источника тока или высокоомной нагрузки усилителя в структуре аналоговых микросхем и блоков различного функционального назначения. Достигаемый технический результат - повышение точности передачи тока при сохранении высокого выходного сопротивления и низкого выходного напряжения. Токовое зеркало с пониженным выходным напряжением содержит первый и второй входные МОП-транзисторы, включенные последовательно между шиной питания и входом токового зеркала, а также первый и второй выходные МОП-транзисторы, включенные последовательно между шиной питания и выходом токового зеркала, истоки и изолирующие карманы первого входного и первого выходного МОП-транзисторов соединены с шиной питания, а затворы всех МОП-транзисторов и изолирующие карманы второго входного и второго выходного МОП-транзисторов подключены к входу токового зеркала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в расширении допустимого диапазона частот квазирезонанса f0, зависящего от численных значений сопротивления первого частотозадающего резистора. Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот содержит входной дифференциальный каскад с первым и вторым противофазными токовыми выходами, источник сигнала, связанный с инвертирующим относительно первого токового выхода первым входом входного дифференциального каскада, первую шину источника питания, связанную с общей истоковой цепью входного дифференциального каскада, второй неинвертирующий относительно первого токового выхода вход входного дифференциального каскада, связанный с выходом устройства, токовое зеркало, согласованное со второй шиной источника питания, вход которого соединен со вторым токовым выходом входного дифференциального каскада, а выход соединен с первым выводом первого частотозадающего резистора, первый частотозадающий конденсатор, второй частотозадающий резистор и второй частотозадающий конденсатор, причем выход токового зеркала соединен с первым токовым выходом входного дифференциального каскада, а второй вывод первого частотозадающего резистора связан с цепью смещения статического уровня. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к прецизионным устройствам усиления сигналов различных сенсоров. Технический результат заключается в создании радиационно стойкого симметричного мультидифференциального усилителя для биполярно-полевого технологического процесса с повышенным коэффициентом усиления входного дифференциального сигнала. Дополнительный технический результат - уменьшение коэффициента передачи входного синфазного сигнала. Мультидифференциальный усилитель для радиационно стойкого биполярно-полевого технологического процесса, в который введены первый (17), второй (18) полевые транзисторы, истоки которых объединены и связаны с первой (14) шиной источника питания через первый (19) дополнительный резистор, первый (20) и второй (21) дополнительные биполярные транзисторы, коллекторы которых соединены с объединенными истоками первого (17) и второго (18) полевых транзисторов, база первого (20) дополнительного транзистора связана с базой первого (3) выходного транзистора и соединена со стоком первого (17) полевого транзистора, эмиттер первого (20) дополнительного транзистора соединен с эмиттером первого (3) выходного транзистора, база второго (21) дополнительного транзистора подключена к базе второго (6) выходного транзистора и соединена со стоком второго (8) полевого транзистора, эмиттер второго (21) дополнительного транзистора подключен к эмиттеру второго (6) выходного транзистора, коллектор первого (3) выходного транзистора соединен с первым (13) выходом устройства, коллектор второго (6) выходного транзистора соединен со вторым (16) выходом устройства, причем затворы первого (17) и второго (18) полевых транзисторов связаны с первой (14) шиной источника питания. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области усилителей аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот цепи смещения статического уровня. Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов содержит входной транзистор (1), база которого соединена с источником входного сигнала (2), коллектор подключен к первой (3) шине питания, а эмиттер через согласующий резистор (4) соединен с выходом устройства (5), вспомогательный транзистор (6), коллектор которого подключен к выходу устройства (5), эмиттер через токостабилизирующий двухполюсник (7) связан со второй (8) шиной источника питания, а база соединена с источником напряжения смещения (9), корректирующий конденсатор (10), неинвертирующий усилитель напряжения (11), вход которого подключен к выходу устройства (5). Выход неинвертирующего усилителя напряжения (11) связан с эмиттером вспомогательного транзистора (6) через корректирующий конденсатор (10). 8 ил.

Изобретение относится к прецизионным устройствам усиления сигналов различных сенсоров. Технический результат заключается в уменьшении абсолютного значения Uсм, а также его температурных и радиационных изменений, обусловленных дрейфом β транзисторов. Мультидифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля содержит транзисторы, масштабирующий резистор, высокоимпедансный узел 4, третий 5 и четвертый 6 входные транзисторы, токовое зеркало 8, согласованное с первой 9 шиной источника питания, вспомогательный транзистор 18, эмиттером связанный со второй 12 шиной источника питания через четвертый 19 вспомогательный токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор соединен с эмиттером четвертого 6 входного транзистора, причем базы третьего 16 и четвертого 18 вспомогательных транзисторов подключены к источнику напряжения смещения 20. Базы первого 11 и второго 14 вспомогательных транзисторов соединены с эмиттером третьего 16 вспомогательного транзистора. 6 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов различных сенсоров. Технический результат заключается в уменьшении напряжения смещения нуля для повышения прецизионности операционного усилителя. Технический результат достигается за счет прецизионного операционного усилителя на основе радиационно стойкого биполярно-полевого технологического процесса, который содержит входной дифференциальный каскад (1), общая эмиттерная цепь которого согласована с первой (2) шиной источника питания, первый (3) токовый выход входного дифференциального каскада (1), эмиттер первого (4) выходного транзистора, первый (5) вспомогательный резистор, вторую (6) шину источника питания, второй (7) токовый выход входного дифференциального каскада (1), эмиттер второго (8) выходного транзистора, второй (9) вспомогательный резистор, первый (10) токостабилизирующий двухполюсник, второй (11) токостабилизирующий двухполюсник, выходной буферный усилитель (12). В схему введены первый (13) и второй (14) дополнительные полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и дополнительное токовое зеркало (16). 8 ил.
Наверх