Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном



Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном
Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном

 


Владельцы патента RU 2572388:

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

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 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 и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов, реализуемых по новым и перспективным технологиям).

В современной микроэлектронике находят широкое применение классические транзисторные усилители (ТУ) по схеме с общей базой [1-4] и с общим эмиттером [5-19] с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь выходного транзистора [1-19].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ТУ фиг. 1 по патенту US 7.233.209, fig. 4. Он содержит входной преобразователь напряжение - ток 1 (например, схему с общим эмиттером), 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.

Существенный недостаток известного ТУ, архитектура которого присутствует также во многих других ТУ [6-19], состоит в том, что он имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты (fв). Это обусловлено отрицательным влиянием на fв паразитной емкости на подложку (Сп) и емкости коллектор - база (Скб) выходного транзистора входного преобразователя напряжение - ток 1, а также влиянием на fв емкостной составляющей нагрузки. Большие численные значения Сп и Скб для технологических процессов, имеющих, например, повышенную радиационную стойкость, являются одним из главных факторов, определяющих частотный диапазон широкополосных усилителей на основе ТУ, фиг. 1.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот ТУ (повышение fв) без ухудшения коэффициента усиления по напряжению.

Поставленная задача решается тем, что в транзисторном усилителе фиг. 1, содержащем 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, предусмотрены новые элементы и связи - между выходом устройства 6 и выходом неинвертирующего усилителя напряжения 5 включен корректирующий конденсатор 7.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг. 1. На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 1 и п. 2 формулы изобретения.

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

На фиг. 4 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению ТУ, фиг. 3, при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Ск (конденсатора 7 - в обозначениях фиг. 2). Из данных графиков следует, что диапазон рабочих частот заявляемого ТУ расширяется более чем в 7 раз.

Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном, фиг. 2, 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. Паразитный конденсатор 8 в схеме, фиг. 2, моделирует влияние на ее работу выходной емкости входного преобразователя напряжение - ток 1, входной емкости неинвертирующего усилителя напряжения 5 и эквивалентной емкости нагрузки, подключаемой к выходу устройства 6.

Для фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения численные значения коэффициента передачи по напряжению неинвертирующего усилителя напряжения 5 больше единицы.

Рассмотрим работу ТУ, фиг. 2.

В области высоких частот на амплитудно-частотную характеристику ТУ, фиг. 2, начинает влиять паразитный конденсатор 8 в выходной цепи устройства 6. При этом для схемы, фиг. 2, справедливы следующие уравнения Кирхгофа:

где , - комплексы токов через конденсаторы 8 и 7;

- комплекс напряжения на выходе устройства 6;

- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 8 на частоте сигнала ω;

- комплексное сопротивление корректирующего конденсатора 7 на частоте сигнала ω;

Kу - коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя напряжения 5.

Напряжение создает в корректирующем конденсаторе 7 комплекс тока (2). Поэтому в выходной цепи устройства 6 обеспечивается взаимная компенсация токов и и, следовательно, взаимная компенсация влияния емкостей конденсаторов 7 и 8 на верхнюю граничную частоту fв устройства. При этом необходимо выполнить условие:

где Kу>1.

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

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

Источники информации

1. Патент US 6.563.368

2. Патент США 6.825.723 fig. 1, fig. 3, fig. 4

3. Патент США 5.914.639 fig. 1

4. Патент US 7.042.295 fig. 3а, fig. 3b

5. Патент US 7.233.209 fig. 4

6. Патент США 6.427.067 fig. 1

7. Патент США 6.486.739 fig. 1

8. Патент США 6.424.225 fig. 1, fig. 5

9. Патент США 6.417.735 fig. 1

10. Патент США 6.414.553 fig. 1

11. Патент США 6.392.492 fig. 1

12. Патент США 6.333.677 fig. 3

13. Патент США 6.114.912 fig. 4

14. Патент США 6.359.516 fig. 1

15. Патент США 6.191.656 fig. 2

16. Патент США 6.476.668

17. Патент США 6.747.516

18. Патент США 6.441.689

19. Патент США 6.005.441

1. Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном, содержащий 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), отличающийся тем, что между выходом устройства (6) и выходом неинвертирующего усилителя напряжения (5) включен корректирующий конденсатор (7).

2. Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент передачи по напряжению неинвертирующего усилителя напряжения (5) больше единицы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к применению симметричных активных нагрузок, обеспечивающих преобразование выходных токов симметричных дифференциальных каскадов и их согласование с промежуточными выходными каскадами.

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 коэффициента ослабления входного синфазного сигнала.

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).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве устройства усиления сигналов различных датчиков, в условиях воздействия низких температур и радиации.

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.

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 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