×
10.04.2013
216.012.34fc

ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов телевидения, радиолокации. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению (К) на частоте квазирезонанса f. Такой результат достигается тем, что избирательный усилитель с парафазным выходом содержит источник входного сигнала, первый входной транзистор, второй токостабилизирующий двухполюсник, первую шину источника питания, второй токостабилизирующий двухполюсник, вторую шину источника питания, первый выходной транзистор, второй входной транзистор, третий токостабилизирующий двухполюсник, второй выходной транзистор, источник вспомогательного напряжения питания, четвертый токостабилизирующий двухполюсник, пятый токостабилизирующий двухполюсник, первый и второй входные конденсаторы первый дополнительный резистор, шестой токостабилизирующий двухполюсник, первый дополнительный конденсатор, второй дополнительный конденсатором. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п.

В задачах выделения высокочастотных сигналов сегодня широко используются интегральные операционные усилители со специальными элементами RC-коррекции, формирующими амплитудно-частотную характеристику резонансного типа [1, 2]. Однако классическое построение таких избирательных усилителей (ИУ) сопровождается значительными энергетическими потерями, которые идут в основном на обеспечение статического режима достаточно большого числа транзисторов, образующих операционный усилитель с парафазным выходом [1, 2]. В этой связи весьма актуальной является задача построения избирательных усилителей с парафазным выходом на четырех транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с достаточно высокой добротностью (Q) резонансной характеристики (Q=2÷10) при малом энергопотреблении.

Известны схемы усилителей, интегрированных в архитектуру RC-фильтров (ИУ) с парафазным выходом на основе биполярных транзисторов, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-7]. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется корректирующим конденсатором.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель с парафазным выходом, представленный в патенте US 4406990, fig.3. Он содержит источник входного сигнала 1, первый 2 входной транзистор, эмиттер которого через второй 3 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, а коллектор через второй 5 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 6 шиной источника питания и соединен с эмиттером первого 7 выходного транзистора, второй 8 входной транзистор, коллектор которого через третий 9 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 6 шиной источника питания и соединен с эмиттером второго 10 выходного транзистора, источник вспомогательного напряжения питания 11, связанный с базами первого 7 и второго 10 выходных транзисторов, четвертый 12 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллектором первого 7 выходного транзистора, соединенным с первым 13 выходом устройства и первой 4 шиной источника питания, пятый 14 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллектором второго 10 выходного транзистора, соединенным со вторым 15 выходом устройства и первой 4 шиной источника питания, первый 16 и второй 17 входные конденсаторы.

Существенный недостаток известного устройства с парафазным выходом состоит в том, что он не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и коэффициент усиления по напряжению К0>1 на частоте квазирезонанса (f0).

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство с двумя противофазными выходами.

Поставленная задача решается тем, что в избирательном усилителе с противофазным выходом фиг.1, содержащем источник входного сигнала 1, первый 2 входной транзистор, эмиттер которого через второй 3 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, а коллектор через второй 5 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 6 шиной источника питания и соединен с эмиттером первого 7 выходного транзистора, второй 8 входной транзистор, коллектор которого через третий 9 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 6 шиной источника питания и соединен с эмиттером второго 10 выходного транзистора, источник вспомогательного напряжения питания 11, связанный с базами первого 7 и второго 10 выходных транзисторов, четвертый 12 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллектором первого 7 выходного транзистора, соединенным с первым 13 выходом устройства и первой 4 шиной источника питания, пятый 14 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллектором второго 10 выходного транзистора, соединенным со вторым 15 выходом устройства и первой 4 шиной источника питания, первый 16 и второй 17 входные конденсаторы, предусмотрены новые элементы и связи - между эмиттерами первого 2 и второго 8 входных транзисторов включены последовательно соединенные первый 16 входной конденсатор и первый 18 дополнительный резистор, общий узел которых через второй 17 входной конденсатор соединен с источником входного сигнала 1, эмиттер второго 8 входного транзистора через шестой 19 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, база первого 2 входного транзистора соединена со вторым 15 выходом устройства, база второго 8 входного транзистора соединена с первым 13 выходом устройства, первый 13 выход устройства зашунтирован по переменному току первым 20 дополнительным конденсатором, а второй 15 выход устройства зашунтирован по переменному току вторым 21 дополнительным конденсатором.

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 показана схема ИУ в соответствии с п.3 формулы изобретения.

На фиг.4 показана схема ИУ фиг.3 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов.

На фиг.5 приведена частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению ИУ фиг.4 и его фазового сдвига с мелком масштабе.

На фиг.6 показана частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению ИУ фиг.4 при добротности Q=41 (укрупненный масштаб).

На фиг.7 приведены амплитудно- и фазочастотные характеристики ИУ фиг.4 по первому и второму выходам относительно входа inl, а на фиг.8 - осциллограммы выходных сигналов ИУ при уровне входного напряжения uвх=10 мВ на частоте f0=1.549 ГГц.

Избирательный усилитель фиг.2 содержит источник входного сигнала 1, первый 2 входной транзистор, эмиттер которого через второй 3 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, а коллектор через второй 5 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 6 шиной источника питания и соединен с эмиттером первого 7 выходного транзистора, второй 8 входной транзистор, коллектор которого через третий 9 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 6 шиной источника питания и соединен с эмиттером второго 10 выходного транзистора, источник вспомогательного напряжения питания 11, связанный с базами первого 7 и второго 10 выходных транзисторов, четвертый 12 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллектором первого 7 выходного транзистора, соединенным с первым 13 выходом устройства и первой 4 шиной источника питания, пятый 14 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллектором второго 10 выходного транзистора, соединенным со вторым 15 выходом устройства и первой 4 шиной источника питания, первый 16 и второй 17 входные конденсаторы. Между эмиттерами первого 2 и второго 8 входных транзисторов включены последовательно соединенные первый 16 входной конденсатор и первый 18 дополнительный резистор, общий узел которых через второй 17 входной конденсатор соединен с источником входного сигнала 1, эмиттер второго 8 входного транзистора через шестой 19 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, база первого 2 входного транзистора соединена со вторым 15 выходом устройства, база второго 8 входного транзистора соединена с первым 13 выходом устройства, первый 13 выход устройства зашунтирован по переменному току первым 20 дополнительным конденсатором, f второй 15 выход устройства зашунтирован по переменному току вторым 21 дополнительным конденсатором.

Кроме этого, на фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в качестве четвертого 12 и пятого 14 токостабилизирующих двухполюсников используются частотно-задающие резисторы (R12, R14).

На фиг.3, в соответствии с п.3 формулы изобретения, в качестве четвертого 12 и пятого 14 токостабилизирующих двухполюсников используются источники опорного тока I12=I14=I0, причем между первым 13 выходом устройства и общей шиной источников питания включен по переменному току первый 22 вспомогательный резистор, а между вторым 15 выходом устройства и общей шиной источников питания включен по переменному току второй 23 вспомогательный резистор.

Рассмотрим работу ИУ фиг.2.

Источник входного сигнала 1 изменяет эмиттерные токи транзисторов 2 и 8, причем с увеличением частоты входного напряжения (uвх) приращения этих токов увеличиваются. Именно поэтому увеличиваются как эмиттерные, так и коллекторные токи р-n-р транзисторов 7 и 10. Такое взаимодействие исключает ненулевое значение асимптотических коэффициентов передачи ИУ. Учитывая, что нагрузкой транзисторов 7 и 10 является параллельное соединение резистора 12 (14) и конденсатора 20 (21), выходные напряжения ИУ, определяющиеся падением напряжения в этих цепях, будут иметь экстремум, положение которого на частотной оси определяется постоянными времени входной цепи, образованной резистором 18, конденсаторами 16 и 17, и выходных цепей ИУ (резисторы 12, 14 и конденсаторы 20, 21). Взаимодействие выходных цепей ИУ (узлы 13 и 15) с базами транзисторов 8 и 2 приводит к реализации комплексной обратной связи, причем в силу особенностей входной цепи ИУ (резистор 18 и конденсаторы 16, 17) глубина этой обратной связи за счет передачи этой цепи части эмиттерного переменного тока транзистора 2 в эмиттерную цепь транзистора 8, а также части эмиттерного тока транзистора 8 в эмиттерную цепь транзистора 2 по каждому из рассматриваемых каналов зависит от особенностей АЧХ и ФЧХ соответствующих контуров. Характер частотной зависимости эквивалентного сопротивления эмиттерных цепей транзисторов 2 и 8 и проводимостей нагрузок (сопротивления 12, 14 и конденсаторы 20, 21) показывает, что только на одной частоте (частоте квазирезонанса f0 ИУ) эта связь является вещественной с положительным возвратным отношением, а при f0>>f>>f0 является реактивной. Именно поэтому действие образованных контуров направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления К0 ИУ без изменения его частоты квазирезонанса.

Кроме этого настоящая взаимосвязь суммарных приращений как эмиттерных (n-р-n), так и коллекторных (р-n-р) токов создает необходимые параметрические условия максимизации добротности и коэффициента усиления схемы.

Комплексный коэффициент передачи по напряжению Ky(jf) избирательного усилителя фиг.2 определяется соотношением, которое можно получить с помощью методов анализа электронных схем:

где f - частота сигнала;

f0 - частота квазирезонанса;

Q - добротность АЧХ избирательного усилителя;

K0 - коэффициент усиления ИУ на частоте квазирезонанса f0.

Причем:

где C16, C17, С20, C21 - емкости конденсаторов 16, 17, 20, 21;

- входное сопротивление i-го транзистора в схеме с общей базой;

φт≈25 мВ - температурный потенциал;

Iэi - статический ток эмиттера i-го транзистора;

αi<1 - коэффициент усиления по току эмиттера i-го транзистора.

Условие

обеспечивает симметричность выходов 13 и 15 ИУ.

Если выбрать τ12, R12=R14=R18+h11.2+h11.8, то уравнения для Q (6) и K0 (5) существенно упрощаются:

Поэтому при идентичности транзисторов 2, 8 и 7, 10 указанные параметры определяются их коэффициентом передачи тока эмиттера. Как правило α2α87α10. Следовательно, добротность ИУ и его коэффициент усиления ограничиваются β р-n-р транзисторов. Это позволяет за счет целенаправленного выбора параметров элементов, входящих в формулу (7), получить заданные значения Q (8) и K0 (9).

Данные теоретические выводы подтверждаются графиками фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение ИУ имеет два противофазных выхода и характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления К0 на частоте квазирезонанса f0, а также повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz / N.Prokopenko, A.Budyakov, K.Schmalz, C.Scheytt, P.Ostrovskyy // Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC'08 / - Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - p.50-53.

2. СВЧ СФ-блоки систем связи на базе полностью дифференциальных операционных усилителей / Прокопенко Н.Н., Будяков А.С., K.Schmalz, С.Scheytt // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем - 2010. Сборник трудов / под общ. ред. академика РАН А.Л.Стемпковского. - М.: ИППМ РАН, 2010. - С.583-586.

3. Патент US 7560987, fig.4.

4. Патент JP Toshiba 4600893, fig.4.

5. Патент US 4406990, fig.3.

6. Патент RU 2349024, фиг.1.

7. Патент RU 2384936, фиг.11.


ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 200 items.
27.01.2013
№216.012.215a

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель, содержит первый (1) входной транзистор, источник входного сигнала (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474039
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215b

Избирательный усилитель

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474040
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24ea

Операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение входного статического тока ОУ, а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. Операционный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, неинвертирующий вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474952
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24eb

Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8, что является существенным улучшением одного из важных качественных показателей ДУ. Дифференциальный усилитель с расширенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474953
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24ec

Токовое зеркало

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку. Токовое зеркало содержит первый (1) входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474954
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b1

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный со входом устройства (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475937
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b2

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит входной транзистор (1), эмиттер которого через первый (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475938
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b3

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475939
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b4

Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475940
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b5

Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является обеспечение высокой стабильности статического режима дифференциального усилителя и повышение значения его коэффициента усиления по напряжению. Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475941
Дата охранного документа: 20.02.2013
Showing 1-10 of 207 items.
27.01.2013
№216.012.204a

Адаптивная машина вращательного бурения

Изобретение относится к горной промышленности, к бурильным машинам вращательного типа. Машина содержит гидродвигатель вращения, гидроцилиндр подачи, напорную и сливную магистрали, подключаемые к маслостанции, регулируемые дросселя, гидрораспределители. Гидродвигатель вращения и гидроцилиндр...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473767
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2102

Источник опорного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, и других элементов автоматики. Технический результат - упрощение схемы при высокой температурной стабильности выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473951
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215a

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель, содержит первый (1) входной транзистор, источник входного сигнала (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474039
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215b

Избирательный усилитель

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474040
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24ea

Операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение входного статического тока ОУ, а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. Операционный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, неинвертирующий вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474952
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24eb

Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8, что является существенным улучшением одного из важных качественных показателей ДУ. Дифференциальный усилитель с расширенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474953
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24ec

Токовое зеркало

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку. Токовое зеркало содержит первый (1) входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474954
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.282f

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение температурной стабильности выходного напряжения источника опорного напряжения. Для этого предложен источник опорного напряжения, содержащий первый транзистор, база которого подключена к базе второго...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475807
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b1

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный со входом устройства (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475937
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b2

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит входной транзистор (1), эмиттер которого через первый (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475938
Дата охранного документа: 20.02.2013
+ добавить свой РИД