Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот



Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот

 


Владельцы патента RU 2568780:

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

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.

 

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).

В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодные усилители (КУ) с резистивной (или резистивно-индуктивной) нагрузкой, включенной в коллекторную (стоковую) цепь выходного транзистора [1-32].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является КУ, представленный в патенте US 6.825.723 fig. 6. Он содержит (фиг. 1) первый 1 и второй 2 входные транзистора, эмиттеры которых объединены и подключены к первой шине 3 источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 4, а базы связаны с соответствующими первым 5 и вторым 6 входами устройства, первый 7 выходной транзистор, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания через первый 9 двухполюсник нагрузки и соединен с первым 10 выходом устройства, эмиттер подключен к коллектору первого 1 входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения 11, второй 12 выходной транзистор, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания через второй 13 двухполюсник нагрузки и соединен со вторым 14 выходом устройства, эмиттер подключен к коллектору второго 2 входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения 11.

Существенный недостаток известного КУ, фиг.1, архитектура которого присутствует также в других КУ [1-32], состоит в том, что он имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты (fв по уровню - 3 дБ). Это обусловлено отрицательным влиянием на fв паразитной емкости на подложку (Сп) и паразитной емкости коллектор - база Скб его выходных транзисторов (7, 8). Численные значения Сп и Скб для ряда технологических процессов, имеющих, например, повышенную радиационную стойкость, являются одним из главных факторов, определяющих частотный диапазон широкополосных усилителей на основе КУ, фиг. 1.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот КУ (повышении его fв) без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот.

Дополнительная задача - повышение коэффициента усиления в диапазоне средних частот.

Поставленные задачи решаются тем, что в каскодном усилителе, фиг. 1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзистора, эмиттеры которых объединены и подключены к первой шине 3 источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 4, а базы связаны с соответствующими первым 5 и вторым 6 входами устройства, первый 7 выходной транзистор, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания через первый 9 двухполюсник нагрузки и соединен с первым 10 выходом устройства, эмиттер подключен к коллектору первого 1 входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения 11, второй 12 выходной транзистор, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания через второй 13 двухполюсник нагрузки и соединен со вторым 14 выходом устройства, эмиттер подключен к коллектору второго 2 входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения 11, предусмотрены новые элементы и связи - база первого 7 выходного транзистора связана с источником напряжения смещения 11 через первый 15 дополнительный резистор, база второго 12 выходного транзистора связана с источником напряжения смещения 11 через второй 16 дополнительный резистор, база первого 7 выходного транзистора соединена с базой первого 17 дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру второго 12 выходного транзистора, база второго 12 выходного транзистора соединена с базой второго 18 дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру первого 7 выходного транзистора, причем эмиттеры первого 17 и второго 18 дополнительных транзисторов связаны со второй 8 шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 19.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг. 1.

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

На фиг. 3 представлена схема заявляемого устройства фиг. 2 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО НЛП «Пульсар».

На фиг. 4 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению КУ, фиг. 3, при разных значениях сопротивлений первого 15 и второго 16 дополнительных резисторов (в обозначениях фиг. 2). Из данных графиков следует, что диапазон рабочих частот заявляемого каскодного усилителя расширяется более чем в 2 раза.

На фиг. 5 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению КУ фиг. 3 при более высоких значениях сопротивлений первого 15 и второго 16 дополнительных резисторов. Из данных графиков следует, что в данном режиме коэффициент усиления по напряжению заявляемого ДУ может достигать 60-100 дБ. Однако при более высоких значениях сопротивлений первого 15 и второго 16 дополнительных резисторов уменьшается верхняя граничная частота КУ (fв по уровню - 3 дБ).

Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот, фиг. 2, содержит первый 1 и второй 2 входные транзистора, эмиттеры которых объединены и подключены к первой шине 3 источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 4, а базы связаны с соответствующими первым 5 и вторым 6 входами устройства, первый 7 выходной транзистор, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания через первый 9 двухполюсник нагрузки и соединен с первым 10 выходом устройства, эмиттер подключен к коллектору первого 1 входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения 11, второй 12 выходной транзистор, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания через второй 13 двухполюсник нагрузки и соединен со вторым 14 выходом устройства, эмиттер подключен к коллектору второго 2 входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения 11. База первого 7 выходного транзистора связана с источником напряжения смещения 11 через первый 15 дополнительный резистор, база второго 12 выходного транзистора связана с источником напряжения смещения 11 через второй 16 дополнительный резистор, база первого 7 выходного транзистора соединена с базой первого 17 дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру второго 12 выходного транзистора, база второго 12 выходного транзистора соединена с базой второго 18 дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру первого 7 выходного транзистора, причем эмиттеры первого 17 и второго 18 дополнительных транзисторов связаны со второй 8 шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 19. На фиг. 2 конденсаторы 21 и 22 моделируют влияние на работу схемы паразитных емкостей на подложку транзисторов 7 и 12, а также емкостей нагрузки. Паразитные конденсаторы 23 и 24 учитывают влияние на работу схемы паразитной емкости коллектор - база соответствующих первого 7 и второго 12 выходных транзисторов. Рассмотрим работу КУ, фиг. 2.

В области высоких частот, на амплитудно-частотную характеристику КУ, фиг. 2, для первого 10 выхода начинают влиять паразитные емкости 21 и 23 в цепи коллектора первого 7 выходного транзистора. При этом для схемы, фиг. 2, справедливы следующие уравнения:

где I ˙ с к 7 - комплекс тока через паразитный конденсатор 23;

- комплекс напряжения на выходе устройства 10;

- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 21 на частоте сигнала ω;

- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 23 на частоте сигнала ω.

Комплекс тока I ˙ с к 7 создает на первом 15 дополнительном резисторе напряжение:

которое преобразуется в ток , где gm17-18 - проводимость передачи каскада на транзисторах 17, 18, gml7-18 ≈ (rэ18+rэ17)-1, rэ17, rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 17 и 18.

Если параметры емкостей конденсаторов 21, 23 удовлетворяют уравнению:

то в выходной цепи устройства 10 обеспечивается взаимная компенсация токов I ˙ 21 , I ˙ с к 7 и (в уравнении 3: Ι0 - параметр дополнительного токостабилизирующего двухполюсника 19, φт=26 мВ - температурный потенциал; α7≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 7).

В конечном итоге при выполнении условия (3) диапазон рабочих частот КУ, фиг. 2, расширяется. Данный вывод подтверждается результатами компьютерного моделирования фиг. 4.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение каскодного усилителя характеризуется более высоким диапазоном рабочих частот.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент США №3.660.773

2. Патент Франции №1.484.340

3. Патент ФРГ №1.214.733

4. Патент Англии №1.520.085

5. Патент США №3.482.177

6. Патент Англии №1.212.342 Н3Т

7. Патент ФРГ №1.537.590

8. Патент Франции №1.548.008

9. Патент ФРГ №2.418.455

10. Патент США №5.185.582 fig. 1

11. Патент США №4.151.483 fig.2, fig. 3

12. Патент Японии JP 61264806

13. Патент США №3.660.773

14. А. СВ. СССР №427451

15. Патент США №6.825.723 fig. 3

16. Патент США №4.151.484

17. Патент США №3.882.410 fig. 3

18. Патентная заявка WO 2004/030207

19. Патент США №4.021.749 fig. 2

20. Патент США №3.693.108 fig. 9

21. Патент США №7.113.043 fig. 2

22. Патентная заявка США 2006/0033562

23. Патентная заявка США 2006/0132242

24. Патентная заявка США 2006/0119435

25. Патентная заявка США 2005/0248408

26. Патент США №6.204.728

27. Патент США №6.278.329

28. Патентная заявка США 2005/0225397

29. Патент США №5.451.906

30. Патент США №7.098.743 fig. 1

31. Патент Англии GB №1431481 fig

32. Патент США №6.515.547 fig. 2

Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и подключены к первой шине (3) источника питания через токостабилизирующий двухполюсник (4), а базы связаны с соответствующими первым (5) и вторым (6) входами устройства, первый (7) выходной транзистор, коллектор которого связан со второй (8) шиной источника питания через первый (9) двухполюсник нагрузки и соединен с первым (10) выходом устройства, эмиттер подключен к коллектору первого (1) входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения (11), второй (12) выходной транзистор, коллектор которого связан со второй (8) шиной источника питания через второй (13) двухполюсник нагрузки и соединен со вторым (14) выходом устройства, эмиттер подключен к коллектору второго (2) входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения (11), отличающийся тем, что база первого (7) выходного транзистора связана с источником напряжения смещения (11) через первый (15) дополнительный резистор, база второго (12) выходного транзистора связана с источником напряжения смещения (11) через второй (16) дополнительный резистор, база первого (7) выходного транзистора соединена с базой первого (17) дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру второго (12) выходного транзистора, база второго (12) выходного транзистора соединена с базой второго (18) дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру первого (7) выходного транзистора, причем эмиттеры первого (17) и второго (18) дополнительных транзисторов связаны со второй (8) шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник (19).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов).

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в передающих и ретранслирующих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией.

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.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала. Прецизионный операционный усилитель содержит: входной параллельно-балансный каскад, первый и второй противофазные токовые выходы которого соединены с первой шиной источника питания через соответствующие первый и второй токостабилизирующие двухполюсники, первый и второй вспомогательные транзисторы, коллекторы которых объединены и соединены со второй шиной источника питания через третий токостабилизирующий двухполюсник и связаны с общей истоковой цепью входного параллельно-балансного каскада, база первого вспомогательного транзистора соединена с первым токовым выходом входного параллельно-балансного каскада, база транзистора соединена со вторым токовым выходом входного параллельно-балансного каскада, первый выходной транзистор, база которого соединена с первым токовым выходом входного параллельно-балансного каскада, а коллектор связан со входом токового зеркала, согласованным со второй шиной источника питания. 1 з.п ф-лы, 14 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 расширение диапазона рабочих частот без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Двойной каскодный усилитель содержит: входной транзистор, исток которого связан с первой шиной источника питания, а затвор через разделительный конденсатор соединен со входом устройства и через вспомогательный двухполюсник связан с первым источником напряжения смещения, первый выходной транзистор, сток которого соединен с выходом устройства и через двухполюсник нагрузки подключен ко второй шине источника питания, а затвор через вспомогательный резистор связан со вторым источником напряжения смещения, второй выходной транзистор, сток которого соединен с истоком первого выходного транзистора, исток подключен к стоку входного транзистора, а затвор связан с третьим источником напряжения смещения, причем между затвором первого выходного транзистора и стоком входного транзистора включен корректирующий конденсатор. 6 ил.

Изобретение относится к применению симметричных активных нагрузок, обеспечивающих преобразование выходных токов симметричных дифференциальных каскадов и их согласование с промежуточными выходными каскадами. Технический результат заключается в создании радиационно-стойкой и низкотемпературной симметричной активной нагрузки с использованием в структуре полевых транзисторов биполярно-полевого технологического процесса, что позволяет применять их при более низких напряжениях питания или увеличить диапазон изменения выходных напряжений при включении в структуру аналоговых микросхем, например, операционных усилителей. В составе симметричной активной нагрузки в качестве первого (5) и второго (6) выходных транзисторов используются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, причем сток первого (5) выходного полевого транзистора с управляющим p-n переходом соединен с эмиттером первого (13) дополнительного транзистора и через первый (14) дополнительный резистор соединен с первой (9) шиной источника питания, сток второго (6) выходного полевого транзистора с управляющим p-n переходом соединен с эмиттером второго (15) дополнительного транзистора и через второй (16) дополнительный резистор соединен с первой (9) шиной источника питания, причем второй вывод токостабилизирующего двухполюсника (7) подключен ко второй (17) шине источника питания, согласованной с первым (11) и вторым (12) токовыми выходами устройства, коллектор первого (13) дополнительного транзистора соединен с первым (11) токовым выходом устройства, коллектор второго (15) дополнительного транзистора соединен со вторым (12) токовым выходом устройства, а базы первого (13) и второго (14) дополнительных транзисторов связаны с базами первого (2) и второго (4) входных транзисторов. 6 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот без ухудшения коэффициента усиления по напряжению. Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном содержит входной преобразователь напряжение - ток (1), вход которого подключен к источнику сигнала (2), а токовый выход соединен с шиной источника питания (3) через резистор коллекторной нагрузки (4), неинвертирующий усилитель напряжения (5), вход которого соединен с токовым выходом входного преобразователя напряжение - ток (1) и выходом устройства (6). Между выходом устройства (6) и выходом неинвертирующего усилителя напряжения (5) включен корректирующий конденсатор (7). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении стабильности статического режима операционного усилителя. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1), первый (6) токовый выход входного дифференциального каскада связан с истоком первого (7) выходного полевого транзистора и первым входом (8) выходного дифференциального каскада (9), второй (10) токовый выход входного дифференциального каскада (1) связан с истоком второго (11) выходного полевого транзистора и вторым (12) входом выходного дифференциального каскада (9). Общая эмиттерная цепь (14) выходного дифференциального каскада (9) подключена ко входу дополнительного инвертирующего усилителя (21), выход которого (22) соединен с объединенными затворами первого (7) и второго (11) выходных полевых транзисторов. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к системе (SA) для усиления сигналов, генерируемых блоком (UGS) для генерации сигналов спутника, содержащей первый тракт (V1), содержащий первый полосовой цифровой фильтр (F1) с конечной импульсной характеристикой и первый цифро-аналоговый преобразователь (CNA1), средство (MTF) транспонирования частоты и усилительное устройство (DA). При этом система дополнительно содержит второй тракт (V2), содержащий второй полосовой цифровой фильтр (F2) с конечной импульсной характеристикой, средство (G) усиления, расположенное на выходе упомянутого второго цифрового фильтра (F2), ведомый генератор (NCO) с числовым управлением с коррекцией фазы, второй цифроаналоговый преобразователь (CNA2) и устройство (S) повторного объединения для суммирования сигналов упомянутых первого и второго трактов (V1, V2). 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх