Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки

Авторы патента:

Бутырлагин Николай Владимирович (RU)

Суворов Вячеслав Вячеславович (RU)

Прокопенко Николай Николаевич (RU)

Пахомов Илья Викторович (RU)

H03F3/00 - Усилители, имеющие в качестве усилительных элементов только электронные или только полупроводниковые приборы

Владельцы патента RU 2538324:

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

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки содержит источник сигнала, связанный со входом буферного каскада, выход которого подключен к конденсатору цепи нагрузки. Выход буферного каскада соединен со входом неинвертирующего усилителя напряжения и выходом усилителя тока, причем между выходом неинвертирующего усилителя напряжения и входом усилителя тока включен корректирующий многополюсник. 1 з.п. ф-лы, 6 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).

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 на переходный процесс конденсатора цепи нагрузки 4.

Основная задача предлагаемого 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 источник сигнала 1, связанный со входом буферного каскада 2, выход которого 3 подключен к конденсатору цепи нагрузки 4, предусмотрены новые элементы и связи - выход 3 буферного каскада 2 соединен со входом неинвертирующего усилителя напряжения 5 и выходом усилителя тока 6, причем между выходом неинвертирующего усилителя напряжения 5 и входом усилителя тока 6 включен корректирующий многополюсник 7.

На чертеже фиг.1 приведена схема драйвера-прототипа.

На чертеже фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с пп.1 и 2 формулы изобретения.

На чертеже фиг.3 представлена схема заявляемого устройства в среде PSpice при реализации корректирующего многополюсника 7 в виде конденсатора C_к=C_п=C_var.

На чертеже фиг.4 приведена зависимость коэффициента передачи по напряжению схемы фиг.3 от частоты при разных значениях емкости конденсатора C_к в структуре корректирующего многополюсника 7 при выходном сопротивлении буферного каскада 2 R_вых.2=R₀=1 кОм.

На чертеже фиг.5 показана схема фиг.2 в среде PSpice при работе с импульсным входным напряжением, имеющим амплитуду, например, -1 B.

На чертеже фиг.6 приведена зависимость времени установления выходного напряжения драйвера фиг.5 от значения емкости C_к=C_var корректирующего многополюсника 7 при выходном сопротивлении буферного каскада 2 R_вых.2=R₀=1 кОм. Данные графики показывают, что время установления переходного процесса за счет новых связей уменьшается с 2 мкс до 22 нс, т.е. в 90 раз.

Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки фиг.2 содержит источник сигнала 1, связанный со входом буферного каскада 2, выход которого 3 подключен к конденсатору цепи нагрузки 4. Выход 3 буферного каскада 2 соединен со входом неинвертирующего усилителя напряжения 5 и выходом усилителя тока 6, причем между выходом неинвертирующего усилителя напряжения 5 и входом усилителя тока 6 включен корректирующий многополюсник 7. Для пояснения работы схемы буферный каскад 2 включает идеальный повторитель напряжения 8, а также выходное сопротивление 9 (R_вых.2).

На чертеже фиг.2, а также фиг.3 и фиг.5, в соответствии с п.2 формулы изобретения, корректирующий многополюсник 7 реализован в вид вспомогательного конденсатора, включенного между входом и выходом данного корректирующего многополюсника.

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

При скачкообразном изменении входного напряжения на входе буферного каскада 2 фиг.1 начинается процесс заряда конденсатора цепи нагрузки 4 (C₄). Постоянная времени цепи заряда определяется выходным сопротивлением буферного каскада 2 R_вых.2 и емкостью С₄ (фиг.6).

В заявляемой схеме фиг.2 напряжение на конденсаторе С₄ передается через неинвертирующий усилитель напряжения 5 на вход корректирующего многополюсника 7, передаточная функция которого должна соответствовать дифференцирующему звену первого порядка. В частном случае в качестве корректирующего многополюсника 7 может применяться конденсатор C_к. В результате на выходе усилителя тока 6 формируется импульс тока, способствующий более быстрому заряду конденсатора С₄. Об этом свидетельствуют графики фиг.6, когда при C_к≈С₂=9,9 нф время установления переходного процесса уменьшается с 2 мкс до 22 нс, т.е. в 90 раз.

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-XXI», 2007. - С.34, рис.1.22.

1. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки, содержащий источник сигнала (1), связанный со входом буферного каскада (2), выход которого (3) подключен к конденсатору цепи нагрузки (4), отличающийся тем, что выход (3) буферного каскада (2) соединен со входом неинвертирующего усилителя напряжения (5) и выходом усилителя тока (6), причем между выходом неинвертирующего усилителя напряжения (5) и входом усилителя тока (6) включен корректирующий многополюсник (7).

2. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки по п.1, отличающийся тем, что корректирующий многополюсник (7) реализован в виде вспомогательного конденсатора, включенного между входом и выходом данного корректирующего многополюсника.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение уровня нелинейных искажений и шумов различного происхождения в цепи нагрузки ШНУ с неинвертирующим выходным каскадом.

Зарядочувствительный предусилитель // 2526756

Изобретение относится к области электроники, а именно к предварительным усилителям для съема сигналов с детекторов ионизирующих излучений при использовании длинной кабельной линии в схемах амплитудной спектрометрии и для регистрации ядерных излучений.

Измерительный усилитель с резонансной амплитудно-частотной характеристикой // 2523953

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники и связи. Техническим результатом является - увеличение затухания выходного сигнала в диапазоне низких частот при повышенной и достаточно стабильной добротности Q амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ИУ и большом коэффициенте усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0.

Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов // 2523947

Изобретение относится к области радиотехники и связи, а именно к устройствам усиления мощности. Технический результат: повышение на несколько порядков входного сопротивления ВК и его коэффициента усиления по току при достаточно высоком уровне стабильности сквозного тока выходных транзисторов.

Комплементарный дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы // 2519544

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

Измерительный усилитель с управляемыми параметрами амплитудно-частотной характеристики // 2519429

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

Управляемый усилитель и смеситель аналоговых сигналов на базе дифференциального каскада дарлингтона // 2519348

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого с входов канала «X» зависит от уровня сигнала управления канала «Y».

Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном // 2517681

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в расширении частотного диапазона ИУ за счет ослабления влияния частоты единичного усиления f1 основного ОУ на частоту квазирезонанса f0.

Широкополосный усилитель на основе каскада с общей базой (или с общим эмиттером) // 2515538

Прецизионный усилитель аналоговых сигналов большой мощности с высоким кпд // 2514928

Прецизионный усилитель аналоговых сигналов большой мощности с высоким КПД относится к области радиотехники для использования в качестве прецизионного УНЧ, созданного на основе полупроводниковых приборов.

Устройство линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией с использованием нелинейных усилителей // 2541842

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в передающих и ретранслирующих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией с использованием нелинейных усилителей. Техническим результатом является уменьшение искажений, возникающих при усилении сигнала. Устройство содержит первый сумматор, два идентичных нелинейных усилителя мощности, первый вычитатель и второй сумматор, фазовращатель на угол 90°, второй вычитатель, фильтр нижних частот, нелинейный преобразователь, ограничитель, нелинейный преобразователь, перемножитель и пиковый детектор. 1 ил.

Устройство линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией с использованием нелинейных усилителей // 2541843

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в передающих и ретранслирующих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией. Достигаемый технический результат - уменьшение искажений, возникающих при усилении сигнала. Устройство линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией с использованием нелинейных усилителей содержит сумматор, два идентичных нелинейных усилителя мощности, фазовращатель на угол 90°, ограничитель, блок формирования первой составляющей входного сигнала устройства с постоянной амплитудой (далее - блок формирования), блок преобразования первой составляющей входного сигнала устройства с постоянной амплитудой во вторую составляющую входного сигнала с постоянной амплитудой (далее - блок преобразования), при этом блок преобразования содержит фазовращатель на угол 90°, перемножитель и смеситель, блок формирования содержит фазовый детектор, пиковый детектор, нелинейный преобразователь, осуществляющий преобразование отношения поступающих на его входы сигналов по закону арксинуса, и фазовый модулятор. 1 ил.

Ключевой усилитель мощности // 2542879

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к ключевым усилителям высокой частоты, и может быть использовано в радиопередатчиках. Технический результат изобретения заключается в улучшении линейности усиления ключевых усилителей мощности за счет существенного снижения уровня гармоник четных порядков в спектре усиливаемого сигнала. Технический результат достигается за счет ключевого усилителя, в котором высокочастотный сигнал с выхода предварительного усилителя, работающего в режиме усиления класса «А», преобразуется широтно-импульсным модулятором в ряд прямоугольных импульсов, при сложении которых воспроизводится входящий сигнал на новом уровне мощности. Усилитель имеет существенно более низкий уровень гармоник четных порядков по сравнению с известными ключевыми усилителями при сохранении требований также к подавлению гармоник нечетных порядков. 3 ил.

Широкополосный усилитель мощности коротковолнового диапазона // 2550561

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках. Технический результат заключается в преобразовании энергии высших гармоник в энергию постоянного тока и возвращении этой энергии источнику питания. В усилителе используют мостовую схему сложения мощности вместо балластного резистора электрической цепи, содержащей широкополосное согласующее устройство, двухполупериодный выпрямитель, накопительный конденсатор, дроссель и ограничительный диод, что обеспечивает возвращение части энергии полезного сигнала источнику питания радиопередатчика, повышая его КПД. 1 ил.

Избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью // 2566954

Изобретение относится к микросхемам СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации. Технический результат заключается в повышении добротности резонансной амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя при использовании низкодобротных планарных индуктивностей. Избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью содержит первый (1) и второй (2) входные полевые транзисторы, причем затвор первого (1) входного полевого транзистора соединен со входом устройства (10), вторую (11) шину источника питания. Сток первого (1) входного полевого транзистора связан с выходом устройства (5) и подключен к затвору второго (2) входного полевого транзистора. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

Генератор управляемый напряжением // 2568264

Изобретение относится к генераторам управляемым напряжением. Технический результат заключается в расширении диапазона перестройки частоты при сохранении нижнего предела диапазона частот и возможности создания генератора в монолитном исполнении. В генератор дополнительно введены полевой транзистор с барьером Шотки - третий, две индуктивности - вторая и третья, разделительный конденсатор и низкочастотный фильтр питания, при этом сток третьего полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе через разделительный конденсатор и одновременно - со стоком второго полевого транзистора с барьером Шотки через вторую индуктивность, затвор третьего полевого транзистора с барьером Шотки соединен с истоком второго полевого транзистора с барьером Шотки, и их общая точка соединения заземлена через третью индуктивность, исток третьего полевого транзистора с барьером Шотки заземлен, а на сток второго полевого транзистора с барьером Шотки подают постоянное напряжение положительной полярности через низкочастотный фильтр питания, при этом величина третьей индуктивности в пять раз меньше величины второй индуктивности, а величину емкости разделительного конденсатора определяют из определенного выражения. 3 ил.

Дифференциальный усилитель с расширенным частотным диапазоном // 2568316

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов). Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот КУ (повышении его fв) без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Дифференциальный усилитель с расширенным частотным диапазоном содержит входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) противофазными токовыми выходами. В схему введены первое (16) и второе (17) дополнительные токовые зеркала, согласованные с цепью смещения потенциалов (15), вход первого (16) токового зеркала подключен к базе первого (5) выходного транзистора, а его токовый выход связан с эмиттером второго (8) выходного транзистора, вход второго (17) токового зеркала подключен к базе второго (8) выходного транзистора, а его токовый выход связан с эмиттером первого (5) выходного транзистора. 4 ил.

Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот // 2568780

Изобретение относится к области усилителей аналоговых сигналов. Техническим результатом является повышение значения верхней граничной частоты без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Каскодный усилитель содержит первый и второй входные транзисторы, первый выходной транзистор, эмиттер которого подключен к коллектору первого входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения, второй выходной транзистор, эмиттер которого подключен к коллектору второго входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения. База первого выходного транзистора связана с источником напряжения смещения через первый дополнительный резистор, база второго выходного транзистора связана с источником напряжения смещения через второй дополнительный резистор, база первого выходного транзистора соединена с базой первого дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру второго выходного транзистора, база второго выходного транзистора соединена с базой второго дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру первого выходного транзистора, причем эмиттеры первого и второго дополнительных транзисторов связаны со второй шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник. 5 ил.

Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах // 2571399

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве устройства усиления сигналов различных датчиков, в условиях воздействия низких температур и радиации. Технический результат заключается в обеспечении радиационно-стойкого низкотемпературного дифференциального усилителя за счет р-канальных полевых транзисторов биполярно-полевого технологического процесса. Истоки, соответствующие выходам полевых транзисторов, соединены со стоками соответствующих входов транзистора, затвор одних выходов полевых транзисторов соединен с затворами других соответствующих полевых транзисторов и истоки одних входов полевых транзисторов через первый двухполюсник связан с шиной источника питания, а истоки других первых полевых транзисторов через второй двухполюсник соединены с объединяющим затвором вспомогательным затвором вспомогательного транзистора. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном // 2571400

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, реализуемых по новым и перспективным технологиям). Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот КУ без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Технический результат достигается за счет каскодного усилителя с расширенным частотным диапазоном, который содержит входной преобразователь напряжение-ток (1), токовый выход которого подключен к эмиттеру выходного транзистора (2), неинвертирующий повторитель тока (3), токовый вход которого соединен с базой выходного транзистора (2), а токовый выход связан с эмиттером выходного транзистора (2), выход устройства (4), соединенный с коллектором выходного транзистора (2), резистор коллекторной нагрузки (5), включенный между шиной источника питания (6) и коллектором выходного транзистора (2). В схему введен дополнительный повторитель напряжения (7), вход которого соединен с выходом устройства (4), а выход связан с базой выходного транзистора (2) через дополнительный корректирующий конденсатор (8). 4 ил.