×
20.06.2013
216.012.4e7d

Результат интеллектуальной деятельности: ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: 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: повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство СВЧ диапазона с f=1÷5 ГГц. Избирательный усилитель отличается тем, что между коллектором первого (2) входного транзистора и эмиттером второго (6) входного транзистора включены последовательно соединенные третий (11) резистор и второй (13) корректирующий конденсатор, между коллектором второго (2) входного транзистора и шинами первого (5) и второго (9) источников питания включен по переменному току третий (16) корректирующий конденсатор, база выходного транзистора (14) подключена к коллектору второго (6) входного транзистора, его коллектор связан со второй (9) шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства (17) и через третий (18) токостабилизирующий двухполюсник связан с первой (5) шиной источника питания, причем между выходом устройства (17) и входом устройства (1) включен четвертый (12) резистор. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

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.

В задачах выделения высокочастотных и СВЧ 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 СВЧ-диапазона [1, 2]. В этой связи достаточно актуальной является задача построения СВЧ избирательных усилителей ИУ на трех-четырех транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с достаточно высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц при малом энергопотреблении.

Известны схемы усилителей, интегрированных в архитектуру RC-фильтров на основе биполярных транзисторов, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-15]. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется входным корректирующим конденсатором.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US 6.642.794. Он содержит вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики 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 на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство СВЧ диапазона с f0=1÷5 ГГц.

Поставленная задача решается тем, что в усилителе фиг.1, содержащем вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник, предусмотрены новые элементы и связи - между коллектором первого 2 входного транзистора и эмиттером второго 6 входного транзистора включены последовательно соединенные третий 11 резистор и второй 13 корректирующий конденсатор, между коллектором второго 2 входного транзистора и шинами первого 5 и второго 9 источников питания включен по переменному току третий 16 корректирующий конденсатор, база выходного транзистора 14 подключена к коллектору второго 6 входного транзистора, его коллектор связан со второй 9 шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства 17 и через третий 18 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, причем между выходом устройства 17 и входом устройства 1 включен четвертый 12 резистор.

Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

На чертеже фиг.3 приведена схема ИУ фиг.2 в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов с входным преобразователем «напряжение-ток» на транзисторе Q17.

На чертеже фиг.4 показаны логарифмические амплитудно-частотная (ЛАЧХ) и фазо-частотная характеристики ИУ фиг.3 в диапазоне частот от 100 мГц до 10 ГГц, а на чертеже фиг.5 - в диапазоне частот от 100 кГц до 100 ГГц.

Избирательный усилитель фиг.2 содержит вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник. Между коллектором первого 2 входного транзистора и эмиттером второго 6 входного транзистора включены последовательно соединенные третий 11 резистор и второй 13 корректирующий конденсатор, между коллектором второго 2 входного транзистора и шинами первого 5 и второго 9 источников питания включен по переменному току третий 16 корректирующий конденсатор, база выходного транзистора 14 подключена к коллектору второго 6 входного транзистора, его коллектор связан со второй 9 шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства 17 и через третий 18 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, причем между выходом устройства 17 и входом устройства 1 включен четвертый 12 резистор.

Рассмотрим работу ИУ фиг.2.

Взаимодействие выходной цепи ИУ через последовательное соединение резистора 12 и конденсатора 3 с эмиттером транзистора 2 обеспечивает реализацию контура обратной связи. При этом в силу дифференциальных свойств этой цепи в области нижних частот (f<<f0) эта обратная связь является реактивной, а в силу интегрирующих свойств коллекторной нагрузки транзистора 2 (резистор 8 и конденсатор 16) в области верхних частот (f>>f0) глубина этой обратной связи асимптотически уменьшается. Именно эти свойства эмиттерной и коллекторной цепей транзистора 2 обеспечивают вещественность обратной связи на частоте квазирезонанса f0 ИУ, и поэтому ее действие направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления К0 устройства при сохранении неизменной указанной частоты f0.

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

αi - коэффициент передачи эмиттерного тока i-го транзистора.

Важной особенностью схемы фиг.2 является возможность реализации ИУ с различными потребительскими свойствами. Так при выборе условия

за счет выбора параметра γ (как видно из соотношения (3)) можно реализовать дополнительные параметрические условия

и обеспечить реализацию добротности, которая определяется следующими аналитическими выражениями

Таким образом, в схеме фиг.2 добротность Q непосредственно определяется сопротивлением резистивных элементов схемы. Действительно, даже при R11<<R8

Следовательно, выбором соотношения между R10 и R12 можно обеспечить требуемое значение Q без изменения условий получения заданной частоты квазирезонанса (2).

Отметим, что условие (5) потенциально обеспечивает увеличение динамического диапазона схемы ИУ. При этих же условиях в силу γ≤2 (см. соотношения (3) и (8)) коэффициент усиления ИУ К0 практически определяется реализуемой добротностью, что подчеркивает структурные преимущества предложенной схемы. При этом, как это следует из (2), значение частоты квазирезонанса f0 и ее параметрическая чувствительность не изменяются.

Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.4, фиг.5.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления на частоте квазирезонанса f0 и 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. - pp.50-53.

2. СВЧ СФ-блоки систем связи на базе полностью дифференциальных операционных усилителей / Прокопенко Н.Н., Будяков А.С., К.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 6.642.794, fig.4.

4. Патент US 5.914.639, fig.2.

5. Патент US 2011/0294446.

6. Патент WO/2006/077525.

7. Патентная заявка US 2007/0040604, fig.3.

8. Патентная заявка US 2006/018695, fig.3.

9. Патент WO/2003/052925 A1, fig.3.

10. Патентная заявка US 2011/0109388.

11. Патентная заявка US 2010/0201437.

12. Патент US 5.267.518.

13. Патент US 5.298.802.

14. Патент US 6.972.624.

15. Патент US 7.538.616.


ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 199 items.
10.04.2013
№216.012.34fc

Избирательный усилитель с парафазным выходом

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479107
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.34fd

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации. Технический результат заключается в повышении добротности резонансной амплитудно-частотной характеристики...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479108
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.34fe

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (K) на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит токовый вход (1), связанный с коллектором входного транзистора (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479109
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.34ff

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ избирательного усилителя и его коэффициента усиления по напряжению (K) на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник входного напряжения (1), связанный со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479110
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3500

Избирательный усилитель

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. Такой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479111
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3501

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный с базой первого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479112
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3502

Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот за счет обеспечения повышения верхней граничной частоты. Усилитель содержит первый (1) и второй...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479113
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3503

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления избирательного усилителя. В усилителе коллектор первого (1) входного транзистора связан с эмиттером выходного транзистора (5) через последовательно соединенные первый (9)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479114
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3504

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный с базой первого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479115
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3505

Избирательный усилитель

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479116
Дата охранного документа: 10.04.2013
Showing 21-30 of 207 items.
10.04.2013
№216.012.3259

Щековая дробилка со сложным движением щеки

Изобретение относится к дробильному оборудованию и предназначено для измельчения стеклотары и стеклобоя. Дробилка содержит неподвижную щеку с плоской рабочей поверхностью и подвижную щеку, рабочая поверхность которой образована дугой окружности, выпуклой в плоскости движения. Подвижная щека...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478432
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.345a

Способ электромагнитного контроля механической прочности крепления сидений транспортных средств

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат: возможность использования электромагнитного контроля для оценки механической прочности болтового крепления сидений транспортных средств. Сущность изобретения: используются два последовательных колебательных LC-контура одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478945
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3498

Стабилизатор напряжения с малым уровнем шумов

Изобретение относится к источникам электропитания. Технический результат: уменьшение уровня выходных шумов стабилизатора напряжения. Для этого предложен стабилизатор напряжения с малым уровнем шумов, содержащий регулирующий элемент с инвертирующим и неинвертирующим управляющими входами и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479007
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.34fb

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ усилителя (Q) и его коэффициента усиления по напряжению (К) на частоте квазирезонанса f. Такой результат достигается тем, что избирательный усилитель содержит источник сигнала, связанный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479106
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.34fc

Избирательный усилитель с парафазным выходом

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479107
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.34fd

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации. Технический результат заключается в повышении добротности резонансной амплитудно-частотной характеристики...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479108
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.34fe

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (K) на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит токовый вход (1), связанный с коллектором входного транзистора (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479109
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.34ff

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ избирательного усилителя и его коэффициента усиления по напряжению (K) на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник входного напряжения (1), связанный со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479110
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3500

Избирательный усилитель

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. Такой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479111
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3501

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный с базой первого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479112
Дата охранного документа: 10.04.2013
+ добавить свой РИД