×
20.12.2015
216.013.9b40

Результат интеллектуальной деятельности: КАСКОДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С РАСШИРЕННЫМ ЧАСТОТНЫМ ДИАПАЗОНОМ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот каскодного усилителя без ухудшения коэффициента усиления по напряжению. Устройство содержит входной преобразователь «напряжение-ток», токовый выход которого соединен с эмиттером выходного транзистора, источник напряжения смещения, подключенный к базе выходного транзистора, двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между шиной источника питания и выходом устройства, который связан с коллектором выходного транзистора. Выход устройства соединен со входом дополнительного усилителя тока через дополнительный корректирующий конденсатор, причем выход дополнительного усилителя тока подключен к эмиттеру выходного транзистора. 5 ил.

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).

В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодные усилители (КУ) с резистивной (или индуктивной) нагрузкой, включенной в коллекторную цепь выходного транзистора - каскада с общей базой [1-21].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является КУ фиг. 1 по патенту Испании ES 2.079.397, fig. 9.

Существенный недостаток известного КУ, архитектура которого присутствует также во многих других патентах [1-21], состоит в том, что он имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты (fв по уровню -3 дБ). Это обусловлено отрицательным влиянием паразитных емкостей на подложку (Cп) выходного транзистора и его емкостью коллектор-база (Cкб). Численные значения Cп и Cкб для технологических процессов, имеющих, например, повышенную радиационную стойкость, являются одним из главных факторов, определяющих частотный диапазон широкополосных усилителей на основе КУ фиг. 1.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот КУ без ухудшения коэффициента усиления по напряжению.

Поставленная задача решается тем, что в каскодном усилителе фиг. 1, содержащем входной преобразователь «напряжение-ток» 1, токовый выход которого соединен с эмиттером выходного транзистора 2, источник напряжения смещения 3, подключенный к базе выходного транзистора 2, двухполюсник коллекторной нагрузки 4, включенный между шиной источника питания 5 и выходом устройства 6, который связан с коллектором выходного транзистора 2, предусмотрены новые элементы и связи - выход устройства 6 соединен со входом дополнительного усилителя тока 7 через дополнительный корректирующий конденсатор 8, причем выход дополнительного усилителя тока 7 подключен к эмиттеру выходного транзистора 2.

Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг. 1. Схема фиг. 1б имеет типовое построение преобразователя «напряжение-ток» 1. На чертеже фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с пп. 1 и 2 формулы изобретения.

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

На чертеже фиг. 4 показана амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению КУ фиг. 3 при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Cк (конденсатора 8 - в обозначениях фиг. 2). Из данных графиков следует, что диапазон рабочих частот заявляемого каскодного усилителя расширяется более чем в 5 раз.

Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном фиг. 2 содержит входной преобразователь «напряжение-ток» 1, токовый выход которого соединен с эмиттером выходного транзистора 2, источник напряжения смещения 3, подключенный к базе выходного транзистора 2, двухполюсник коллекторной нагрузки 4, включенный между шиной источника питания 5 и выходом устройства 6, который связан с коллектором выходного транзистора 2. Выход устройства 6 соединен со входом дополнительного усилителя тока 7 через дополнительный корректирующий конденсатор 8, причем выход дополнительного усилителя тока 7 подключен к эмиттеру выходного транзистора 2. Паразитный конденсатор 9 моделирует влияние на fв паразитной емкости на подложку транзистора 2, а также емкости нагрузки, а паразитный конденсатор 10 - емкости коллектор-база транзистора 2.

На чертеже фиг.2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, дополнительный усилитель тока 7 имеет низкое входное и высокое выходное сопротивления, а его коэффициент передачи по току больше единицы.

Рассмотрим работу КУ фиг. 2.

В области высоких частот, на амплитудно-частотную характеристику КУ фиг. 2 начинает влиять паразитная емкость на подложку 9 в цепи коллектора транзистора 2 и емкость 10 коллектор-база транзистора 2, через которые протекают составляющие паразитных токов:

где , - комплексы токов через паразитные конденсаторы 9 и 10;

- комплекс напряжения на выходе устройства 6;

- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 9 на частоте сигнала ω;

- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 10 на частоте сигнала ω.

Напряжение создает в дополнительном корректирующем конденсаторе 8 комплекс тока

где - комплекс сопротивления дополнительного корректирующего конденсатора 8.

Приращение тока через конденсатор 8 передается в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 2. Поэтому в коллекторной цепи транзистора 2 обеспечивается взаимная компенсация суммы токов и тока коллектора транзистора 2: , где α2 - коэффициент усиления по току эмиттера выходного транзистора 2, Ki - коэффициент усиления по току дополнительного усилителя тока 7 (Ki≥1). Действительно, в достаточно широком диапазоне частот в схеме фиг. 2 можно обеспечить равенство

Поэтому необходимая для повышения fв емкость дополнительного корректирующего конденсатора 8 рассчитывается по формуле

где Kiα2>1.

В конечном итоге при выполнении условия (4) диапазон рабочих частот КУ фиг. 2 расширяется. Данный вывод подтверждается результатами компьютерного моделирования фиг. 4.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение каскодного усилителя характеризуется более высоким диапазоном рабочих частот.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент США №6.825.723 fig. 3

2. Патент США №4.151.483 fig. 2

3. Патент США №4.151.484

4. Патент США №3.882.410 fig. 3

5. Патентная заявка WO 2004/030207

6. Патент США №4.021.749 fig. 2

7. Патент США №3.693.108 fig. 9

8. Патент США №7.113.043 fig. 2

9. Патентная заявка США 2006/0033562

10. Патентная заявка США 2006/0132242

11. Патентная заявка США 2006/0119435

12. Патентная заявка США 2005/0248408

13. Патент США №6.204.728

14. Патент США №6.278.329

15. Патентная заявка США 2005/0225397

16. Патент США №5.451.906

17. Патент США №7.098.743 fig. 1

18. Патент Англии GB №1431481 fig. 2

19. Патент США №6.515.547 fig. 2

20. Патентная заявка US 2010/0283543 fig. 1

21. Патент ES 2.079.397, fig. 9.


КАСКОДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С РАСШИРЕННЫМ ЧАСТОТНЫМ ДИАПАЗОНОМ
КАСКОДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С РАСШИРЕННЫМ ЧАСТОТНЫМ ДИАПАЗОНОМ
КАСКОДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С РАСШИРЕННЫМ ЧАСТОТНЫМ ДИАПАЗОНОМ
КАСКОДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С РАСШИРЕННЫМ ЧАСТОТНЫМ ДИАПАЗОНОМ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 111-120 of 245 items.
10.12.2014
№216.013.0f13

Способ электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества

Изобретение относится к области охраны труда и технике безопасности и предназначено для индивидуальной защиты от воздействия электростатического поля. Изобретение позволяет повысить эффективность индивидуальной защиты работников современных электростатических и взрывоопасных производств при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535276
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0fc9

Сверхбыстродействующий параллельный дифференциальный аналого-цифровой преобразователь

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники. Технический результат - расширение частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП. Сверхбыстродействующий параллельный дифференциальный аналого-цифровой преобразователь, каждая из N секций которого содержит компаратор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535458
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.12.2014
№216.013.1359

Операционный усилитель с парафазным выходом

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении стабильности операционного усилителя на постоянном токе. Устройство содержит входной дифференциальный каскад с токовыми выходами, согласованный с первой шиной источника питания, первое и второе токовые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536376
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.135a

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом

Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям. Технический результат заключается в расширении предельного частотного диапазона обрабатываемых сигналов. Преобразователь содержит N идентичных по архитектуре секций. Каждая из секций включает компаратор напряжения, первый вход которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536377
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.135b

Широкополосный усилитель мощности с малым уровнем нелинейных искажений и шумов

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в уменьшении уровня нелинейных искажений и шумов в цепи нагрузки широкополосного усилителя мощности с инвертирующим выходным каскадом. Широкополосный усилитель мощности с малым уровнем нелинейных искажений и шумов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536378
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.135d

Высокочастотный аттенюатор

Изобретение относится к высокочастотным аттенюаторам. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот устройства и повышении его быстродействия при работе с импульсными сигналами большой амплитуды. Высокочастотный аттенюатор содержит вход и выход устройства, между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536380
Дата охранного документа: 20.12.2014
27.12.2014
№216.013.147f

Быстродействующий истоковый повторитель напряжения

Изобретение относится к устройству выходного усилителя. Техническим результатом является уменьшение времени установления переходного процесса при импульсном изменении входного напряжения. В схему истокового повторителя напряжения введено первое (9) токовое зеркало, согласованное с первой (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536671
Дата охранного документа: 27.12.2014
27.12.2014
№216.013.1480

Составной транзистор с малой выходной емкостью

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении эквивалентной выходной емкости составного транзистора. Составной транзистор с малой выходной емкостью содержит выходной транзистор, база которого связана с эмиттером входного транзистора, коллектор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536672
Дата охранного документа: 27.12.2014
27.12.2014
№216.013.1482

Широкополосный аттенюатор с управляемым коэффициентом передачи

Изобретение относится к области измерительной техники, электротехники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, измерительных приборах, быстродействующих аналого-цифровых (АЦП) и цифроаналоговых (ПАП) преобразователях. Технический результат - существенное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536674
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.1af0

Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки содержит источник сигнала, связанный со входом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538324
Дата охранного документа: 10.01.2015
Showing 111-120 of 262 items.
27.08.2016
№216.015.50b8

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к прецизионным устройствам усиления сигналов. Технический результат - повышение коэффициента усиления дифференциального сигнала в разомкнутом состоянии ОУ до уровня 90÷100 дБ. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит первый (1)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595926
Дата охранного документа: 27.08.2016
27.08.2016
№216.015.50ee

Быстродействующий операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода

Изобретение относится к области радиоэлектроники в качестве быстродействующего устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в обеспечении более высоких уровней выходного тока «перегнутого каскода», это повышает быстродействие ОУ в режиме большого сигнала, уменьшает время...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595923
Дата охранного документа: 27.08.2016
27.08.2016
№216.015.5188

Конструкция теплозащитного пакета с армирующими элементами

Предлагаемое изобретение относится к швейной промышленности и может использоваться при изготовлении верхней теплозащитной одежды с объемным несвязным утеплителем, обеспечивая заданный уровень эстетических и гигиенических свойств. Конструкция теплозащитного пакета с армирующими элементами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596123
Дата охранного документа: 27.08.2016
12.01.2017
№217.015.5859

Пассажирское кресло с устройством для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании

Изобретение относится к транспортному машиностроению и касается систем, позволяющих обеспечить пассивную безопасность пассажиров при опрокидывании в поперечной плоскости. Устройство для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании содержит датчик углового положения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588361
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.64cc

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат - повышение коэффициента усиления разомкнутого операционного усилителя. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад, общая истоковая цепь которого связана с первой шиной источника...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002589323
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.65ae

Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат: уменьшение статического тока, потребляемого ОУ от источников питания (без нагрузки), и уменьшение напряжения смещения нуля. Биполярно-полевой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592429
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6622

Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности усиления сигналов. Технический результат - уменьшение статического тока, потребляемого ОУ при отключенной нагрузке. Биполярно-полевой операционный усилитель на основе «перегнутого» каскода содержит входной дифференциальный каскад,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592455
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.66d2

Способ обработки мелкоразмерных деталей и устройство для его осуществления

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для очистки, шлифования, полирования и упрочнения поверхностного слоя мелкоразмерных деталей в свободной абразивной среде. Способ обработки включает взаимодействие поверхностей обрабатываемых деталей с уплотняемой под действием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592013
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.8bc2

Дифференциальный усилитель двуполярных токов

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: создание энергоэкономичного устройства для усиления разности двух входных токов и подавления их синфазной составляющей. Для этого предложен дифференциальный усилитель двуполярных токов, который содержит первый и второй входы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604683
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8bfd

Rs-триггер

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в специализированных цифровых структурах, системах автоматического управления и передачи цифровой информации. Технический результат: заключается в повышении быстродействия систем обработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604682
Дата охранного документа: 10.12.2016
+ добавить свой РИД