Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном



Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном

 


Владельцы патента RU 2571369:

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

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот каскодного усилителя без ухудшения коэффициента усиления по напряжению. Устройство содержит входной преобразователь «напряжение-ток», токовый выход которого соединен с эмиттером выходного транзистора, источник напряжения смещения, подключенный к базе выходного транзистора, двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между шиной источника питания и выходом устройства, который связан с коллектором выходного транзистора. Выход устройства соединен со входом дополнительного усилителя тока через дополнительный корректирующий конденсатор, причем выход дополнительного усилителя тока подключен к эмиттеру выходного транзистора. 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).

В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодные усилители (КУ) с резистивной (или индуктивной) нагрузкой, включенной в коллекторную цепь выходного транзистора - каскада с общей базой [1-21].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является КУ фиг. 1 по патенту Испании ES 2.079.397, fig. 9.

Существенный недостаток известного КУ, архитектура которого присутствует также во многих других патентах [1-21], состоит в том, что он имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты (fв по уровню -3 дБ). Это обусловлено отрицательным влиянием паразитных емкостей на подложку (Cп) выходного транзистора и его емкостью коллектор-база (Cкб). Численные значения Cп и Cкб для 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 без ухудшения коэффициента усиления по напряжению.

Поставленная задача решается тем, что в каскодном усилителе фиг. 1, содержащем входной преобразователь «напряжение-ток» 1, токовый выход которого соединен с эмиттером выходного транзистора 2, источник напряжения смещения 3, подключенный к базе выходного транзистора 2, двухполюсник коллекторной нагрузки 4, включенный между шиной источника питания 5 и выходом устройства 6, который связан с коллектором выходного транзистора 2, предусмотрены новые элементы и связи - выход устройства 6 соединен со входом дополнительного усилителя тока 7 через дополнительный корректирующий конденсатор 8, причем выход дополнительного усилителя тока 7 подключен к эмиттеру выходного транзистора 2.

Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг. 1. Схема фиг. 1б имеет типовое построение преобразователя «напряжение-ток» 1. На чертеже фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с пп. 1 и 2 формулы изобретения.

На чертеже фиг. 3 представлена схема заявляемого устройства фиг. 2 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «НИИ Пульсар» с конкретным выполнением основных функциональных узлов.

На чертеже фиг. 4 показана амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению КУ фиг. 3 при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Cк (конденсатора 8 - в обозначениях фиг. 2). Из данных графиков следует, что диапазон рабочих частот заявляемого каскодного усилителя расширяется более чем в 5 раз.

Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном фиг. 2 содержит входной преобразователь «напряжение-ток» 1, токовый выход которого соединен с эмиттером выходного транзистора 2, источник напряжения смещения 3, подключенный к базе выходного транзистора 2, двухполюсник коллекторной нагрузки 4, включенный между шиной источника питания 5 и выходом устройства 6, который связан с коллектором выходного транзистора 2. Выход устройства 6 соединен со входом дополнительного усилителя тока 7 через дополнительный корректирующий конденсатор 8, причем выход дополнительного усилителя тока 7 подключен к эмиттеру выходного транзистора 2. Паразитный конденсатор 9 моделирует влияние на fв паразитной емкости на подложку транзистора 2, а также емкости нагрузки, а паразитный конденсатор 10 - емкости коллектор-база транзистора 2.

На чертеже фиг.2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, дополнительный усилитель тока 7 имеет низкое входное и высокое выходное сопротивления, а его коэффициент передачи по току больше единицы.

Рассмотрим работу КУ фиг. 2.

В области высоких частот, на амплитудно-частотную характеристику КУ фиг. 2 начинает влиять паразитная емкость на подложку 9 в цепи коллектора транзистора 2 и емкость 10 коллектор-база транзистора 2, через которые протекают составляющие паразитных токов:

где I ˙ 9 , I ˙ 10 - комплексы токов через паразитные конденсаторы 9 и 10;

- комплекс напряжения на выходе устройства 6;

Z ˙ 9 = 1 j ω C 9 - комплексное сопротивление паразитного конденсатора 9 на частоте сигнала ω;

Z ˙ 10 = 1 j ω C 10 - комплексное сопротивление паразитного конденсатора 10 на частоте сигнала ω.

Напряжение U ˙ в ы х создает в дополнительном корректирующем конденсаторе 8 комплекс тока

где Z ˙ 8 = 1 j ω C 8 - комплекс сопротивления дополнительного корректирующего конденсатора 8.

Приращение тока через конденсатор 8 передается в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 2. Поэтому в коллекторной цепи транзистора 2 обеспечивается взаимная компенсация суммы токов I ˙ 9 + I ˙ 10 и тока коллектора транзистора 2: I ˙ к 2 = K i α 2 I ˙ с к , где α2 - коэффициент усиления по току эмиттера выходного транзистора 2, Ki - коэффициент усиления по току дополнительного усилителя тока 7 (Ki≥1). Действительно, в достаточно широком диапазоне частот в схеме фиг. 2 можно обеспечить равенство

Поэтому необходимая для повышения fв емкость дополнительного корректирующего конденсатора 8 рассчитывается по формуле

где Kiα2>1.

В конечном итоге при выполнении условия (4) 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.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент США №6.825.723 fig. 3

2. Патент США №4.151.483 fig. 2

3. Патент США №4.151.484

4. Патент США №3.882.410 fig. 3

5. Патентная заявка WO 2004/030207

6. Патент США №4.021.749 fig. 2

7. Патент США №3.693.108 fig. 9

8. Патент США №7.113.043 fig. 2

9. Патентная заявка США 2006/0033562

10. Патентная заявка США 2006/0132242

11. Патентная заявка США 2006/0119435

12. Патентная заявка США 2005/0248408

13. Патент США №6.204.728

14. Патент США №6.278.329

15. Патентная заявка США 2005/0225397

16. Патент США №5.451.906

17. Патент США №7.098.743 fig. 1

18. Патент Англии GB №1431481 fig. 2

19. Патент США №6.515.547 fig. 2

20. Патентная заявка US 2010/0283543 fig. 1

21. Патент ES 2.079.397, fig. 9.

1. Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном, содержащий входной преобразователь «напряжение-ток» (1), токовый выход которого соединен с эмиттером выходного транзистора (2), источник напряжения смещения (3), подключенный к базе выходного транзистора (2), двухполюсник коллекторной нагрузки (4), включенный между шиной источника питания (5) и выходом устройства (6), который связан с коллектором выходного транзистора (2), отличающийся тем, что выход устройства (6) соединен со входом дополнительного усилителя тока (7) через дополнительный корректирующий конденсатор (8), причем выход дополнительного усилителя тока (7) подключен к эмиттеру выходного транзистора (2).

2. Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный усилитель тока (7) имеет низкое входное и высокое выходное сопротивления, а его коэффициент передачи по току больше единицы.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Изобретение относится к области усилителей аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот цепи смещения статического уровня.

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 и связи и может использоваться в микросхемах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности резонансной амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя при использовании низкодобротных планарных индуктивностей. В СВЧ избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью дополнительно введено токовое зеркало, согласованное со второй шиной источника питания, вход которого соединен со стоком второго полевого транзистора, а выход подключен к затвору второго полевого транзистора и выходу устройства. 14 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано также в измерительной технике в качестве прецизионного устройства усиления сигналов различных сенсоров. Технический результат: создание радиационно-стойкого симметричного (по входным цепям) операционного усилителя для биполярно-полевого технологического процесса с малым напряжением смещения нуля (Uсм). Прецизионный операционный усилитель для радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса имеет следующие особенности: в схему введены первый и второй дополнительные полевые транзисторы, объединенные истоки которых связаны с первой шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник и подключены к объединенным базам первого и второго выходных транзисторов, затвор первого дополнительного полевого транзистора соединен с коллектором второго выходного биполярного транзистора, затвор второго дополнительного полевого транзистора соединен с коллектором первого выходного биполярного транзистора, причем сток первого дополнительного полевого транзистора соединен с первым входом буферного усилителя, а сток второго дополнительного полевого транзистора соединен со вторым входом буферного усилителя. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области электроники и измерительной техники и может быть использовано в качестве устройства усиления сигналов различных датчиков, например, в мульдифференциальных операционных усилителях (МОУ), в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, работающих в условиях воздействия радиации. Технический результат - создание радиационно-стойкого входного каскада мультидифференциального операционного усилителя для биполярно-полевого технологического процесса. Входной каскад МОУ содержит два входных полевых транзистора, масштабный резистор, два вспомогательных полевых транзистора, две шины источника питания, вспомогательный двухполюсник и цепь нагрузки. Истоки вспомогательных полевых транзисторов через дополнительный резистор связаны с первой шиной источника питания и объединены с базой дополнительного транзистора. Коллектор дополнительного транзистора связан с объединенными затворами вспомогательных полевых транзисторов, а его эмиттер соединен с источником опорного напряжения. 8 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 (например, широкополосных усилителях). Технический результат: расширение диапазона рабочих частот КУ (повышение верхней граничной частоты fв) без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот содержит входной преобразователь «напряжение-ток», две шины источника питания, два выходных транзистора, резистор коллекторной нагрузки, дополнительный неинвертирующий усилитель напряжения и корректирующий конденсатор. 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах усиления широкополосных сигналов, в структуре аналоговых интерфейсов различного функционального назначения. Техническим результатом изобретения является обеспечение наибольшей и постоянной полосы пропускания решающего усилителя в широком диапазоне изменения его коэффициента передачи при работе как с активной, так и емкостной или активно емкостной со значительной долей реактивности нагрузкой. В способе обеспечивается управление коэффициентом передачи решающего усилителя при выполнении масштабного изменения сопротивления резисторов четырехполюсника цепи отрицательной обратной связи; преобразования входного напряжения в ток заряда корректирующего конденсатора, причем крутизна преобразования обратно пропорциональна изменению коэффициента передачи четырехполюсника отрицательной обратной связи; стабилизации фазового сдвига сигнала обратной связи дифференциального усилителя решающего усилителя. 10 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано также в измерительной технике в качестве прецизионного устройства усиления сигналов различных сенсоров с токовым выходом. Технический результат - обеспечение подавления синфазной составляющей входных дифференциальных токов устройства. Широкополосный преобразователь N-токовых входных сигналов в напряжение на основе операционного усилителя содержит входной дифференциальный каскад с расширенным диапазоном активной работы, источник питания, цепь активной нагрузки и дополнительный каскад преобразования входных токов на транзисторе по схеме с общей базой с N-токовыми входами. Дифференциальный каскад содержит общую эмиттерную цепь, неинвертирующий вход, инвертирующий вход, противофазные токовые выходы. 4 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат - повышение коэффициента усиления разомкнутого операционного усилителя. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад, общая истоковая цепь которого связана с первой шиной источника питания, первый и второй входы входного дифференциального каскада, первый токовый выход входного дифференциального каскада, связанный с эмиттером первого выходного транзистора и через первый токостабилизирующий двухполюсник соединенный со второй шиной источника питания, второй токовый выход входного дифференциального каскада, связанный с эмиттером второго выходного транзистора и через второй токостабилизирующий двухполюсник соединенный со второй шиной источника питания, источник опорного напряжения, связанный с базами первого и второго выходных транзисторов, токовое зеркало, согласованное с первой шиной источника питания, выход которого соединен с токовым выходом устройства. Коллекторы первого и второго выходных транзисторов соединены с первой шиной источника питания, первый токовый выход входного дифференциального каскада связан с эмиттером первого выходного транзистора через первый дополнительный резистор, второй токовый выход входного дифференциального каскада связан с эмиттером второго выходного транзистора через второй дополнительный резистор, причем источник опорного напряжения выполнен на основе дополнительного инвертирующего усилителя синфазного сигнала, выход которого через вспомогательный источник опорного тока связан с первой шиной источника питания, первый вход дополнительного инвертирующего усилителя синфазного сигнала соединен с первым токовым выходом входного дифференциального каскада и базой первого дополнительного транзистора, второй вход дополнительного инвертирующего усилителя синфазного сигнала соединен со вторым токовым выходом входного дифференциального каскада и базой второго дополнительного транзистора, коллектор первого дополнительного транзистора соединен со входом токового зеркала, коллектор второго дополнительного транзистора подключен к выходу токового зеркала и выходу устройства, а эмиттеры первого и второго дополнительных транзисторов связаны со второй шиной источника питания. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат: уменьшение статического тока, потребляемого ОУ от источников питания (без нагрузки), и уменьшение напряжения смещения нуля. Биполярно-полевой операционный усилитель на основе «перегнутого» каскода содержит входной дифференциальный каскад (1), первую (3) шину источника питания, первый (7) выходной транзистор, первый (8) токостабилизирующий резистор, вторую (9) шину источника питания, второй (11) выходной транзистор, второй (12) токостабилизирующий резистор, цепь динамической нагрузки (13), согласованную с первой (3) шиной источника питания, вход которой (14) подключен к коллектору первого (7) выходного транзистора, а также первый (17) прямосмещенный p-n-переход, второй (18) прямосмещенный p-n-переход, первый (19) и второй (20) дополнительные резисторы. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности усиления сигналов. Технический результат - уменьшение статического тока, потребляемого ОУ при отключенной нагрузке. Биполярно-полевой операционный усилитель на основе «перегнутого» каскода содержит входной дифференциальный каскад, общая истоковая цепь которого связана с первой шиной источника питания, первый и второй входы входного каскада, первый токовый выход входного каскада, связанный с эмиттером первого выходного транзистора, который через первый вспомогательный резистор соединен со второй шиной источника питания, второй токовый выход входного каскада, связанный с эмиттером второго выходного транзистора, который через второй вспомогательный резистор соединен со второй шиной источника питания, цепь динамической нагрузки, согласованную с первой шиной источника питания, вход которой соединен с коллектором второго выходного транзистора, а выход подключен к выходу устройства и коллектору первого выходного транзистора. Первый токовый выход входного каскада связан с эмиттером первого выходного транзистора через первый дополнительный двухполюсник и подключен к базе второго выходного транзистора, а второй токовый выход входного каскада связан с эмиттером второго выходного транзистора через второй дополнительный двухполюсник и подключен к базе первого выходного транзистора. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх