×
20.02.2013
216.012.28b4

РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение стабильности коэффициента усиления по напряжению при радиационном воздействии. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1) с общей эмиттерной цепью (2), первым (3) и вторым (4) токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки (5) и выходами устройства (6), (7), первый (8) вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1), эмиттер подключен к шине источника питания (9) и эмиттеру второго (10) вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго (10) вспомогательного транзистора и эмиттером третьего (11) вспомогательного транзистора, причем база третьего (11) вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго (10) вспомогательного транзистора и через первый (12) токостабилизирующий двухполюсник связана со второй (13) шиной источника питания. Коллектор третьего (11) вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1). 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

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, операционных усилителях (ОУ), компараторах, аналоговых интерфесах).

В современной микроэлектронике широко применяются классические дифференциальные усилители (ДУ) (фиг.1), которые используются в качестве элементов эмиттерно-связанной логики, драйверов линий связи, элементарных операционных усилителей и фильтров. Коэффициент усиления по напряжению таких ДУ (Ку) существенно зависит от уровня радиации из-за деградации β-транзисторов.

Для установления статического режима дифференциальных каскадов широко используются источники опорного тока на трех транзисторах (фиг.1) [1-9], которые однако не обеспечивают высокий уровень стабильности коэффициента усиления при воздействии потока нейтронов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ДУ (фиг.1), рассмотренный в патенте США №7737783. Он содержит входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания,

Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что под влиянием потока нейтронов его коэффициент усиления по напряжению существенно изменяется.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении стабильности коэффициента усиления по напряжению при радиационном воздействии.

Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - коллектор третьего 11 вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1.

Схема заявляемого устройства, соответствующего п.1 - п.4 формулы изобретения, показана на фиг.2. На фиг.3 представлен ДУ фиг.1. в котором показано конкретное выполнение входного каскада 1 в виде каскодного усилителя, а также цепи смещения потенциалов 16.

На фиг.4 показана моделируемая схема ДУ (PSpice модель n-p-n транзистора АВМК_1_3 НПО «Интеграл» г.Минск).

На фиг.5 приведена зависимость коэффициента усиления (Ку) от потока нейтронов F [н/м2] на частоте 5 МГц сравниваемых схем ДУ (прототипа фиг.1 и заявляемого ДУ фиг.4), а на чертеже фиг.6 - зависимость нормированных коэффициентов усиления по напряжению данных сравниваемых схем ДУ от потока нейтронов F [н/м2].

На фиг.7 приведена зависимость нормированных коэффициентов усиления по напряжению сравниваемых схем ДУ от потока нейтронов с увеличенным масштабом участка перекомпенсации.

Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с общей эмиттерной цепью 2, первым 3 и вторым 4 токовыми выходами, связанными с цепью коллекторной нагрузки 5 и выходами устройства 6, 7, первый 8 вспомогательный транзистор, коллектор которого связан с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен к шине источника питания 9 и эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора, а база соединена с базой второго 10 вспомогательного транзистора и эмиттером третьего 11 вспомогательного транзистора, причем база третьего 11 вспомогательного транзистора соединена с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и через первый 12 токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 13 шиной источника питания. Коллектор третьего 11 вспомогательного транзистора соединен с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1.

На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, параллельно эмиттерно-базовому переходу третьего 11 вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы m≥1 дополнительных биполярных транзисторов 14.1, 14.2…, коллекторы которых подключены ко второй 13 шине источника питания.

Кроме этого, на фиг.2, в соответствии с п.3 формулы изобретения, параллельно эмиттерно-базовому переходу первого 8 вспомогательного транзистора включены эмиттерно-базовые переходы С≥1 компенсирующих транзисторов 15.1, 15.2…, причем коллекторы всех С≥1 компенсирующих транзисторов соединены с шиной положительного источника питания 6.

На фиг.3, в соответствии с п.4 формулы изобретения, коллектор первого 8 вспомогательного транзистора связан с общей эмиттерной цепью 2 входного каскада 1 через цепь смещения потенциалов 16, содержащую p-n переходы 21, 22, а входной каскад 1 реализован по классической схеме на транзисторах 17, 18, 19, 20. Для обеспечения идентичности статического режима транзисторов 8 и 10 по напряжению «коллектор-база» в эмиттер транзистора 11 включен p-n переход 23.

Рассмотрим работу известного, фиг.1, и предлагаемого, фиг.2, устройств.

Под воздействием радиации коэффициент усиления по напряжению (Ку) дифференциального усилителя фиг.1 деградирует. Рассмотрим факторы, влияющие на радиационную зависимость Ку в схеме фиг.1, а также принципы стабилизации этого важного динамического параметра в ДУ, фиг.2.

Основные уравнения на переменном токе для схемы фиг.1:

где iэ - приращение эмиттерного тока входных транзисторов ДУ под действием uвx.

rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов VT1, VT2, образующих входной каскад 1;

;

φт - температурный потенциал; βi - коэффициент усиления по току базы i-го транзистора;

;

Iэ1=I0/2 - статический ток эмиттера входных транзисторов.

Таким образом, коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.1

Уравнение (4) показывает, что при радиационном воздействии на дифференциальный каскад, фиг.1, изменение его Ку (при Rн=const, I0=const, φT=const) связано с деградацией β транзисторов.

Рассмотрим далее работу схемы на фиг.2.

Минимизация отрицательного влияния радиации на Ку может быть обеспечена путем целенаправленного управления током I0, который должен быть радиационно зависимым.

Уравнение (4) можно представить в виде

где ;

Для получения высокой стабильности Ку необходимо, чтобы произведение I0·F(β)=const, то есть ток I0 должен иметь функциональную связь с β транзисторов и под действием радиации изменяться по закону:

где - составляющая тока I0, не зависящая от β транзисторов;

- составляющая тока I0, зависящая от β транзисторов и возрастающая по закону под влиянием радиации.

Таким образом, в связи с уменьшением β транзисторов под действием потока нейтронов для стабилизации коэффициента усиления по напряжению в ДУ необходимо увеличивать ток общей эмиттерной цепи I0 в соответствии с уравнением (6).

Последние уравнения позволяют объяснить работу схемы ДУ фиг.2, имеющую заданную зависимость коэффициента усиления по напряжению от радиации.

Действительно, суммарный ток общей эмиттерной цепи ДУ фиг.2 зависит от коэффициентов «m» (14.1, 14.2) и «C» (15.1 и 15.2) числа транзисторов 14 и 15, а также коэффициента усиления по току базы (β) транзисторов 10, 8, 15:

За счет выбора коэффициентов m и C можно обеспечить заданную зависимость суммарного тока общей эмиттерной цепи ДУ от потока нейтронов.

Фиг.6 и 7 показывают, что при m=0, C=0 предлагаемый ДУ имеет перекомпенсацию радиационной зависимости Ку - с увеличением потока нейтронов Ку в данном случае увеличивается.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом по уровню радиационной стабильности Ку и возможности (за счет изменения коэффициентов m и C) управлять характером этой зависимости.

Литература

1. Патентная заявка JP №2004/214910 А 2004729.

2. Патентная заявка US №2009/0195312, fig.1.

3. Патентная заявка WO №2003/028210.

4. Патентная заявка US №2003/0169112, fig.7.

5. Патентная заявка US №2004/0227477, fig.1.

6. Патентная заявка US №2009/0184766.

7. Патент US №7737783.

8. Патент JP №54-34589, 98 (5) A 014.

9. Патентная заявка US №2006/0012432, fig.4A.


РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 61-70 of 199 items.
20.04.2014
№216.012.ba8e

Широкополосный каскодный усилитель

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). Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513486
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.ba91

Мутильдифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления широкополосных сигналов, в структуре аналоговых интерфейсов, аналого-цифровых преобразователях, RC-фильтрах, инструментальных усилителях и т.п. Технический результат заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513489
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.bb74

Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых входных сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513716
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.bb75

Логический элемент "2-и" с многозначным внутренним представлением сигналов

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных системах автоматического управления, передачи информации. Техническим результатом является повышение быстродействия и создание элементной базы вычислительных устройств, работающих на принципах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513717
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.bf90

Rs-триггер с многозначным внутренним представлением сигналов

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи информации. Техническим результатом является повышение быстродействия и создание элементной базы вычислительных устройств,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514789
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c12c

Трансрезистивный усилитель сигналов лавинных фотодиодов

Изобретение относится к области усилителей оптических сигналов. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения сопротивления передачи трансрезистивных усилителей. Трансрезистивный усилитель сигналов лавинных фотодиодов содержит входной каскад (1) с первым (2) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515201
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c27d

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

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 в высокочастотных усилителях, компараторах, преобразователях сигналов и т.п....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515538
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c282

Быстродействующий драйвер дифференциальной линии связи

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515543
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c283

Избирательный усилитель с малым током потребления для sige техпроцессов

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (К) на частоте квазирезонанса f. Устройство содержит первый и второй входные транзисторы, эмиттеры которых через первый токостабилизирующий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515544
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c448

Приемник оптических излучений

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в оптических системах передачи информации, датчиках оптических излучений малой интенсивности, измерителях оптических сигналов в физике высоких энергий и т.п. Технический результат - повышение быстродействия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516007
Дата охранного документа: 20.05.2014
Showing 61-70 of 207 items.
27.07.2013
№216.012.5b23

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению (К) на частоте квазирезонанса (f). Избирательный усилитель содержит первый входной транзистор, база которого соединена с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488952
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.5b24

Избирательный усилитель

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (Ко) на частоте...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488953
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.5b25

Дифференциальный усилитель с нулевым уровнем выходных статических напряжений

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления широкополосных сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (видеоусилителей, операционных усилителей, непрерывных стабилизаторов напряжения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488954
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.5b26

Избирательный усилитель на основе неинвертирующего усилителя тока

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (K) на частоте квазирезонанса f. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488955
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.5b2a

Преобразователь входного напряжения в длительность импульсов

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к преобразователям напряжения в длительность импульсов. Технический результат - повышение точности преобразования входного напряжения интегрального преобразователя (ИП) в длительность импульсов. Он достигается тем, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488959
Дата охранного документа: 27.07.2013
20.08.2013
№216.012.623f

Избирательный усилитель для прецизионного аналого-цифрового интерфейса

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в качестве устройства усиления аналоговых сигналов датчиков различного функционального назначения. Технический результат заключается в повышении амплитудной характеристики выходных сигналов и получении максимально...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490783
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.10.2013
№216.012.78c7

Мельница

Изобретение относится к дробильно-обогатительному оборудованию для измельчения полезных ископаемых. Мельница содержит раму и поперечину, вращающийся верхний ротор с боковыми просеивающими поверхностями и верхними загрузочными отверстиями. В роторе расположены стойка и рубашка стойки, нижний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496581
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7f54

Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Способ анализа загрязненности моторного масла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498269
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.11.2013
№216.012.84f7

Устройство для предотвращения опрокидывания транспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам, снижающим вероятность опрокидывания транспортного средства в поперечной плоскости. Устройство содержит аккумулятор, упругий преобразователь углового положения транспортного средства с маятником и резистивной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499717
Дата охранного документа: 27.11.2013
20.12.2013
№216.012.8cb3

Удерживающее средство пассажирского салона транспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам, обеспечивающим пассивную безопасность пассажиров при опрокидывании в поперечной плоскости транспортного средства. Устройство содержит аккумулятор, упругий преобразователь углового положения транспортного средства с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501702
Дата охранного документа: 20.12.2013
+ добавить свой РИД