×
10.10.2014
216.012.fba1

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в различных аналоговых устройствах на полевых и биполярных транзисторах в качестве выходного (буферного) усилителя. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот ИПН при наличии емкости на выходе С, а также уменьшение времени установления переходного процесса при импульсном изменении входного напряжения. Быстродействующий истоковый повторитель напряжения содержит первый (1) входной полевой транзистор, затвор которого подключен ко входу (2) устройства, сток соединен с первой (3) шиной источника питания, а исток связан со второй (4) шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник (5) и подключен к выходу устройства (6), паразитную емкость нагрузки (7), включенную по переменному току между выходом устройства (6) и общей шиной источников питания (8). В схему введен дополнительный неинвертирующий усилитель напряжения (9), вход которого соединен с выходом устройства (6), а выход подключен к истоку первого (1) входного полевого транзистора через дополнительный конденсатор (10). 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в различных аналоговых устройствах на полевых и биполярных транзисторах в качестве выходного (буферного) усилителя.

Базовым узлом современных аналоговых устройств является истоковый повторитель напряжения (ИПН), который реализуется как схема с общим стоком (на полевых) или как схема с общим коллектором на биполярных транзисторах. Данная структура (фиг.1) [1-25] широко используется как в аналоговых (класс H03F), так и в цифровых (класс H03K) устройствах. В последнем случае ИПН выполняет функции драйвера - каскада управления линиями связи или согласующей цепи. Как правило, нагрузка известных ИПН [1-25] содержит активное сопротивление Rн и емкость Сн, отрицательно влияющую на малосигнальный диапазон рабочих частот и быстродействие при импульсном изменении входного сигнала большой амплитуды.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является классический повторитель напряжения, описанный в патенте US 6043690 fig.1. Он содержит первый 1 входной полевой транзистор, затвор которого подключен ко входу 2 устройства, сток соединен с первой 3 шиной источника питания, а исток связан со второй 4 шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 5 и подключен к выходу устройства 6, паразитная емкость нагрузки 7, включенная по переменному току между выходом устройства 6 и общей шиной источников питания 8.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он имеет сравнительно узкий диапазон рабочих частот для малого сигнала, который определяется постоянной времени цепи нагрузки (τв).

Действительно, в первом приближении верхняя граничная частота fв (по уровню - 3 дБ) классического ИПН фиг.1 не лучше, чем

где τв - постоянная времени цепи нагрузки. Причем

,

где S - крутизна входного полевого транзистора 1 ИПН-прототипа фиг.1;

Rн - эквивалентное сопротивление нагрузки;

Сн - эквивалентная емкость нагрузки.

Основная задача предлагаемого изобретения - расширение диапазона рабочих частот ИПН при наличии емкости на выходе Сн, которая не может быть уменьшена по объективным причинам - является неотъемлемой частью цепи нагрузки, например пьезокерамического преобразователя и т.п.

Дополнительная задача - уменьшение времени установления переходного процесса при импульсном изменении входного напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что в истоковом повторителе напряжения фиг.1, содержащем первый 1 входной полевой транзистор, затвор которого подключен ко входу 2 устройства, сток соединен с первой 3 шиной источника питания, а исток связан со второй 4 шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 5 и подключен к выходу устройства 6, паразитную емкость нагрузки 7, включенную по переменному току между выходом устройства 6 и общей шиной источников питания 8, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный неинвертирующий усилитель напряжения 9, вход которого соединен с выходом устройства 6, а выход подключен к истоку первого 1 входного полевого транзистора через дополнительный конденсатор 10.

На чертеже фиг.1 приведена схема ИПН - прототипа.

На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

На чертеже фиг.3 представлена схема заявляемого устройства фиг.2 в среде Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов.

На чертеже фиг.4 показана осциллограмма входных и выходных сигналов ИПН фиг.3 при С2=Ск=1фФ≈0 и Сн0=20 пФ. Из данного графика следует, что ИПН фиг.3 при близком к нулю значении емкости Ск неудовлетворительно отрабатывает отрицательный фронт входного напряжения, что связано с запиранием входного полевого транзистора 1.

На чертеже фиг.5 приведена в увеличенном масштабе осциллограмма изменения заднего фронта выходного сигнала V(Out) ИПН фиг.3 при различных значениях емкости С2=Ск=0÷20 пФ. Из данного графика следует, что время установления переходного процесса в заявляемом ИПН уменьшается с 500 нс до 185 пс (ИПН-прототип), т.е. более чем в 2000 раз.

На чертеже фиг.6 приведена в увеличенном масштабе осциллограмма изменения переднего фронта выходного сигнала V(Out) ИПН фиг.3 при различных значениях емкости С2=Ск=0÷20 пФ. Из данного графика следует, что время установления переходного процесса для данной полярности выходного напряжения в заявляемом ИПН также уменьшается - с 40 нс (ИПН-прототип) до 50 пс, т.е. более чем в 800 раз.

Быстродействующий истоковый повторитель напряжения фиг.2 содержит первый 1 входной полевой транзистор, затвор которого подключен ко входу 2 устройства, сток соединен с первой 3 шиной источника питания, а исток связан со второй 4 шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 5 и подключен к выходу устройства 6, паразитная емкость нагрузки 7, включенная по переменному току между выходом устройства 6 и общей шиной источников питания 8. В схему введен дополнительный неинвертирующий усилитель напряжения 9, вход которого соединен с выходом устройства 6, а выход подключен к истоку первого 1 входного полевого транзистора через дополнительный конденсатор 10. Резистор 11 моделирует влияние на работу схем эквивалентного сопротивления нагрузки.

На чертеже фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, дополнительный неинвертирующий усилитель напряжения 9 имеет коэффициент усиления по напряжению (Ky) больше единицы, а емкость дополнительного конденсатора 10 удовлетворяет условию

,

где C7 - паразитная емкость нагрузки 7.

Рассмотрим работу схемы ИПН фиг.2.

В результате анализа схемы фиг.2 можно получить следующее уравнение для коэффициента передачи по напряжению ИПН в операторной форме:

где Rэ=R11/(1+R11S), .

Комплексный коэффициент передачи по напряжению ИПН фиг.2

где τв.Σ=Rэ710(1-Ky)].

При этом верхняя граничная частота ИПН

Условие частотной независимости коэффициента передачи ИПН фиг.2 (2) можно представить в виде ограничений на параметры С10 и Ky:

Если Ky=2, то емкость дополнительного конденсатора С107. При Ky=1,1 численные значения С10=10С7 и т.п.

Важное достоинство AT фиг.1 - это независимость условий расширения частотного диапазона от сопротивления резистора нагрузки 11, который может изменяться.

Статический режим входного транзистора 1 устанавливается в частном случае двухполюсником 5. Неинвертирующий усилитель напряжения 9 не влияет на статику схемы.

Таким образом, в заявляемой схеме создаются условия для существенного расширения диапазона рабочих частот, который на практике будет определяться (и ограничиваться) инерционностью дополнительного неинвертирующего усилителя напряжения 9. Однако эти функциональные узлы могут быть выполнены на более высокочастотных (чем полевые) биполярных транзисторах, так как для их построения не требуется иметь высокие входные сопротивления и другие свойства, которые недопустимы для входного транзистора 1 (малый уровень шумов, близкая к нулю, входная проводимость, широкий диапазон линейной работы и т.п.).

Выполненный выше анализ, а также результаты компьютерного моделирования показывают, что в заявляемой схеме решена одна из проблем современной аналоговой микросхемотехники - расширение частотного диапазона истоковых (эмиттерных) повторителей напряжения.

Кроме этого, как следует из графиков фиг.5, 6, в заявляемой схеме при емкостной нагрузке существенно повышается быстродействие в режиме большого сигнала - время установления переходного процесса и скорость нарастания выходного напряжения улучшаются в десятки - сотни раз.

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества по диапазону рабочих частот и быстродействию (при импульсном изменении входного напряжения).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 6.919.743 fig.9

2. Патент US 7.898.339 fig.4

3. Патент US 6.727.729 fig.5B

4. Патент US 7.733.182 fig.1

5. Патент US 6.043.690 fig.1, fig.2

6. Патент US 3.678.402 fig.2, fig.7

7. Патент US 4.855.625 fig.1

8. Патент US 5.469.085 fig.2

9. Патент US 4.492.932 fig.4a

10. Патент US 4.092.701

11.Патент US 4.698.526 fig.2

12.Патент US 6.469.562 fig.A, fig.2A

13.Патент US 6.154.580

Н.Патент US 8.248.161

15.Патент US 7.304.540

16.Патент US 7.944.303 fig.1

17.Патент US 8.148.962 fig.2

18.Патент US 4.123.723 fig.2, fig.3

19.Патент US 5.083.095 fig.4

20.Патент US 5.045.808

21.Патент US 4.101.788 fig.2

22.Патент US 3.436.672

23.Патент US 4.168.471

24.Патент US 5.365.199

25.Патент US 5.666.070


БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 226 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 394 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