×
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 131-140 of 245 items.
10.04.2015
№216.013.3905

Логический элемент сравнения k-значной переменной с пороговым значением

Изобретение относится к логическому элементу сравнения k-значной переменной с пороговым значением. Технический результат заключается в повышении быстродействия средств обработки цифровой информации за счет выполнения преобразования информации в многозначной токовой форме сигналов. Логический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546085
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3d79

Многозначный логический элемент циклического сдвига

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи цифровой информации. Техническим результатом является создание логического элемента, обеспечивающего циклический сдвиг...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547225
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3d7b

Источник опорного напряжения на основе удвоенной ширины запрещенной зоны кремния

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей. Техническим результатом является упрощение схемы при высокой температурной стабильности выходного напряжения. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547227
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3d7f

Дешифратор 2 в 4

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 устройства, в котором внутреннее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547231
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3d81

Логический элемент нестрогого сравнения на неравенство двух многозначных переменных

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи. Техническим результатом является повышение быстродействия. Устройство содержит: первый (1) и второй (2) токовые входы устройства, токовый выход (3) устройства, первый (4) и второй (5) выходные транзисторы с объединенными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547233
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.43a8

Устройство для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Устройство для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании содержит датчик углового положения транспортного средства, подключенный к источнику постоянного тока - аккумулятору. При получении сигнала от датчика углового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548818
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.44ec

Логический элемент сравнения на равенство двух многозначных переменных

Предполагаемое изобретение относится к области цифровой вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления и передачи цифровой информации. Технический результат заключается в создании логического элемента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549142
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.44ee

К-значный логический элемент "максимум"

Изобретение относится к области вычислительной техники. Техническим результатом является создание логического элемента, обеспечивающего реализацию функции «максимум» двух многозначных переменных, в котором внутреннее преобразование информации производится в многозначной токовой форме сигналов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549144
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.06.2015
№216.013.542d

K-значный логический элемент "минимум"

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в цифровых вычислительных структурах, системах автоматического управления, передачи и обработки цифровой информации. Технический результат - обеспечение реализации функции «минимум»...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553070
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.542e

Многозначный логический элемент обратного циклического сдвига

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в специализированных цифровых структурах, системах автоматического управления, устройствах передачи и обработки цифровой информации. Техническим результатом является создание логического элемента,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553071
Дата охранного документа: 10.06.2015
Showing 131-140 of 262 items.
25.08.2017
№217.015.b9be

Операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Технический результат заключается в повышении прецизионности операционного усилителя в условиях дестабилизирующих факторов. Операционный усилитель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615066
Дата охранного документа: 03.04.2017
25.08.2017
№217.015.bfe5

Дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат: повышение коэффициента усиления по напряжению в разомкнутом дифференциальном операционном усилителе при высокой температурной и радиационной стабильности статического режима транзисторов его промежуточного каскада. В схему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616573
Дата охранного документа: 17.04.2017
25.08.2017
№217.015.c03e

Инструментальный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов различных датчиков. Технический результат заключается в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов инструментального усилителя....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616570
Дата охранного документа: 17.04.2017
25.08.2017
№217.015.d063

Дифференциальный инструментальный усилитель с парафазным выходом

Изобретение относится к области аналоговой усилительной техники. Технический результат: повышение значения коэффициента передачи по напряжению. Для этого предложен дифференциальный инструментальный усилитель с парафазным выходом, который содержит неинвертирующий вход (1) устройства и синфазный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621291
Дата охранного документа: 01.06.2017
25.08.2017
№217.015.d0af

Дифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах

Изобретение относится к области электроники. Технический результат - повышение коэффициента ослабления входного синфазного сигнала. Для этого предложен дифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах, который содержит первый (1) входной полевой транзистор, первый (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621286
Дата охранного документа: 01.06.2017
25.08.2017
№217.015.d0c9

Мультиплексор потенциальных сигналов датчиков

Изобретение относится к области радиоэлектроники и вычислительной техники. Технический результат заключается в обеспечении дополнительно к режиму последовательного во времени преобразования входных потенциальных сигналов в выходное напряжение, алгебраического суммирования входных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621292
Дата охранного документа: 01.06.2017
25.08.2017
№217.015.d0d0

Двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель с повышенным коэффициентом усиления

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Технический результат: повышение коэффициента усиления по напряжению (К) при сохранении высокой температурной и радиационной стабильности напряжения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621289
Дата охранного документа: 01.06.2017
25.08.2017
№217.015.d116

Мультидифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат - уменьшение напряжения смещения нуля, повышение стабильности при низких температурах и воздействии радиации. Мультидифференциальный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621287
Дата охранного документа: 01.06.2017
26.08.2017
№217.015.d5e2

Планарная индуктивность с расширенным частотным диапазоном

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в СВЧ-устройствах усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, избирательных усилителях, смесителях, генераторах и др., реализуемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623100
Дата охранного документа: 22.06.2017
26.08.2017
№217.015.d689

Планарная индуктивность с расширенным частотным диапазоном

Изобретение может быть использовано в СВЧ устройствах усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре интегральных микросхем различного функционального назначения. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот планарной индуктивности без применения в ее конструкции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622894
Дата охранного документа: 21.06.2017
+ добавить свой РИД