Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов



Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов
Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов

 


Владельцы патента RU 2568317:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)

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 области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в качестве промежуточных каскадов широкополосных операционных усилителей, реализуемых по новым и перспективным технологиям).

В современной микроэлектронике в качестве промежуточных каскадов аналоговых микросхем находят широкое применение цепи согласования статического уровня, реализуемые на основе эмиттерных или истоковых повторителей напряжений [1-12], а также более сложных сочетаниях активных и пассивных компонентов [7, 8, 10, 11]. Как правило, их основная задача - обеспечить смещение на 1÷5 В статического уровня без потерь усиления на высоких частотах. На практике, особенно для цепей смещения в устройствах СВЧ диапазона данная задача не имеет удовлетворительного решения из-за влияния выходной паразитной емкости, которая обусловлена емкостями коллектор - база и емкостью на подложку выходных транзисторов схемы.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является цепь смещения (ЦС), фиг. 1, по патенту US 4.551.642.

Существенный недостаток известного устройства, архитектура которого присутствует также во многих широкополосных усилителях, состоит в том, что оно имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты fв. Это обусловлено отрицательным влиянием паразитных емкостей на подложку (Сп) выходного транзистора и его емкостью коллектор - база (Скб). Численные значения Сп и Скб для технологических процессов, имеющих, например, повышенную радиационную стойкость [13], являются одним из главных факторов, определяющих частотный диапазон широкополосных усилителей на основе ЦС, фиг. 1.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот цепи смещения статического уровня.

Поставленная задача решается тем, что в цепи смещения статического уровня, фиг. 1, содержащей 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, предусмотрены новые элементы и связи - выход неинвертирующего усилителя напряжения 11 связан с эмиттером вспомогательного транзистора 6 через корректирующий конденсатор 10.

Схема ЦС-прототипа показана на фиг. 1.

На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

На фиг. 3 приведена схема фиг. 2 в среде Cadence на моделях интегральных SiGe транзисторов техпроцесса SG25H1.

На фиг. 4 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи ЦС, фиг. 3, при разных значениях корректирующего конденсатора Ск. Из анализа данных графиков следует, что диапазон рабочих частот ЦС, фиг. 3, расширяется в 5 раз.

На фиг. 5 приведена схема ЦС, фиг. 2, в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «НПП Пульсар».

На фиг. 6 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи ЦС, фиг. 5, при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Ск (10). Из анализа данных графиков следует, что диапазон рабочих частот ЦС, фиг. 5, расширяется более чем в 5 раз.

На фиг. 7 приведена схема ЦС, фиг. 2, в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов для случая, когда в выходной цепи имеется дополнительная паразитная емкость нагрузки С3=1пФ.

На фиг. 8 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи ЦС, фиг. 7, при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Ск (10). Из анализа данных графиков следует, что диапазон рабочих частот ЦС, фиг. 7, расширяется в 7 раз.

Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов, фиг. 2, 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. Конденсатор 12 в схеме, фиг. 2, моделирует влияние на работу ЦС паразитных емкостей схемы, связанных с выходом устройства 5.

Рассмотрим работу ЦС, фиг. 2.

В области высоких частот, на амплитудно-частотную характеристику ЦС, фиг. 2, начинает влиять конденсатор 12 в выходной цепи 5, через который протекает составляющая тока I ˙ 12 :

где I ˙ 12 - комплекс тока через конденсатор 12;

U ˙ в ы х - комплекс выходного напряжения устройства;

- комплексное сопротивление конденсатора 12 на частоте сигнала ω.

Напряжение U ˙ в ы х передается на выход неинвертирующего усилителя напряжения 11:

где Ку - коэффициент передачи по напряжению неинвертирующего усилителя напряжения 11.

Поэтому комплекс тока через корректирующий конденсатор 10 равен:

где Z ˙ 10 = 1 j ω C 10 - комплекс сопротивления корректирующего конденсатора 10.

Приращение тока через конденсатор 10 передается в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 6. Как следствие, в выходной цепи устройства 5 при выполнении условия

обеспечивается взаимная компенсация двух токов I ˙ 12 и I ˙ к 6 = α 6 I ˙ 10 , где α6≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 6.

В конечном итоге это расширяет диапазон рабочих частот ЦС, фиг. 2 ,в 5÷7 раз. Данный вывод подтверждается компьютерным моделированием ЦС (фиг. 4, фиг. 6, фиг. 8).

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение ЦС характеризуется более широким диапазоном рабочих частот.

Источники информации

1. Патент US 5.929.710

2. Патент US 6.297.685 fig. 5, 6

3. Патент US 4.185.212

4. Патент US 4.767.946

5. Патент US 3.985.954

6. Патент US 4.142.110

7. Патент US 7.646.233

8. Патент US 4.080.539

9. Патент US 5.039.887

10. Патент US 4.743.862

11. Патент WO 96/31948

12. Патент US 6.882.294 fig.3

13. Элементная база радиационно стойких информационно-измерительных систем: монография / Н.Н. Прокопенко, О.В. Дворников, С.Г. Крутчинский; Побщ. ред. д.т.н. проф. Н.Н. Прокопенко; ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т. экономики и сервиса». - Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - 208 с.

Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов, содержащая 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), отличающаяся тем, что выход неинвертирующего усилителя напряжения (11) связан с эмиттером вспомогательного транзистора (6) через корректирующий конденсатор (10).



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в расширении допустимого диапазона частот квазирезонанса f0, зависящего от численных значений сопротивления первого частотозадающего резистора.

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.

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.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении эквивалентной выходной емкости составного транзистора.

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.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты.

Изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к управляемым избирательным усилителям. Технический результат заключается в расширение частотного диапазона избирательного усилителя.

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 усилительной технике и может быть использовано в усилителях мощности звуковой частоты, которые нагружены на акустические системы. Технический результат - расширение линейной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) по звуковому давлению в области низких частот.

Изобретение относится к коррекции искажений, вносимых в сигнал усилителем радиочастоты. Технический результат заключается в определении коэффициентов устройства внесения предыскажений с учетом характеристик усилителя для всего занятого частотного спектра.

Группа изобретений относится к области радиоэлектроники и системам управления и может быть использована для регулирования уровня выходного сигнала генераторов в широком частотном диапазоне.

Изобретение относится к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и может быть использовано для создания устройств усиления и частотной демодуляции. Достигаемый технический результат - увеличение линейного участка частотной демодуляционной характеристики и увеличение динамического диапазона.

Изобретение относится к области транзисторных усилителей электрических сигналов. Технический результат заключается в снижении нелинейных интермодуляционных и других видов искажений, ограничении их спектра, расширении диапазона входных сигналов и повышении КПД транзисторного усилителя.

Изобретение относится к передающим устройствам и может найти применение в бортовой аппаратуре командно-измерительных систем (БА КИС) космических аппаратов. Технический результат заключается в уменьшении массы и снижении энергопотребления.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в уменьшении уровня нелинейных искажений и шумов в цепи нагрузки широкополосного усилителя мощности с инвертирующим выходным каскадом.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в различных аналоговых устройствах на полевых и биполярных транзисторах в качестве выходного (буферного) усилителя.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в усилителях мощности передатчиков. Достигаемый технический результат - повышение энергетической эффективности и повышение линейности.

Изобретение относится к области формирования предыскажений для радиочастотных усилителей и может использоваться в приемных устройствах. Достигаемый технический результат - осуществление предварительного предыскажения для эффективной обработки входного сигнала, компенсации нелинейных эффектов усилителя.

Изобретение относится к элементам приемных систем и предназначено для усиления принимаемых СВЧ сигналов с одновременным обеспечением защиты по входу от синхронных и несинхронных помех. Техническим результатом является повышение стабильности усиления при ограничении по мощности сигнала, подаваемого на вход малошумящего усилителя. Малошумящий приемно-усилительный модуль (МПУМ) состоит из защитного устройства, малошумящего усилителя и двух ферритовых вентилей, которые выполнены в виде единого блока ферритовых вентилей, между защитным устройством и блоком ферритовых вентилей установлена четвертьволновая волноводная скрутка, а входной и выходной волноводные каналы малошумящего приемно-усилительного модуля размещены в одной плоскости, при этом поляризации сигнала в них ортогональны. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх