×
20.02.2013
216.012.28bc

ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

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 СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации. Технический результат - повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса. Для этого предложен избирательный усилитель, который содержит первый входной транзистор, эмиттер которого через первый токостабилизирующий двухполюсник связан с первой шиной источника питания, база подключена к первому источнику дополнительного напряжения, а коллектор связан с эмиттером согласующего транзистора, второй источник дополнительного напряжения, соединенный с базой согласующего транзистора, выходной транзистор, коллектор которого связан со второй шиной источника питания, эмиттер соединен с потенциальным выходом устройства, а база соединена с коллектором согласующего транзистора и через первый вспомогательный резистор связана со второй шиной источника питания, второй токостабилизирующий двухполюсник, связанный с потенциальным выходом устройства, источник входного напряжения. Источник входного напряжения связан с коллектором первого входного транзистора через первый частотозадающий конденсатор, общий узел потенциального выхода и второго источника опорного тока связан с эмиттером первого входного транзистора через второй частотозадающий конденсатор. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

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) (RC-фильтров) сопровождается значительными энергетическими потерями, которые идут в основном на обеспечение статического режима достаточно большого числа вспомогательных транзисторов, образующих операционный усилитель СВЧ-диапазона [1, 2]. В этой связи достаточно актуальной является задача построения узкоспециализированных СВЧ избирательных усилителей на трех-четырех транзисторах, обеспечивающих выделение спектра сигналов с достаточно высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц.

Известны схемы каскодных избирательных усилителей (ИУ) с выходным эмиттерным повторителем [3-7], которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению (АЧХ) в заданном диапазоне частот Δf=-fв-fн. 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 ES 2.079.397 fig.9. Он содержит первый 1 входной транзистор, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику дополнительного напряжения, а коллектор связан с эмиттером согласующего транзистора 5, второй источник дополнительного напряжения 6, соединенный с базой согласующего транзистора 5, выходной транзистор 7, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания, эмиттер соединен с потенциальным выходом устройства 9, а база соединена с коллектором согласующего транзистора 5 и через первый вспомогательный резистор 10 связана со второй 8 шиной источника питания, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с потенциальным выходом устройства 9, источник входного напряжения 12.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и коэффициент усиления по напряжению K0>1 на частоте квазирезонанса (f0=1÷5 ГГц).

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 избирательном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику дополнительного напряжения, а коллектор связан с эмиттером согласующего транзистора 5, второй источник дополнительного напряжения 6, соединенный с базой согласующего транзистора 5, выходной транзистор 7, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания, эмиттер соединен с потенциальным выходом устройства 9, а база соединена с коллектором согласующего транзистора 5 и через первый вспомогательный резистор 10 связана со второй 8 шиной источника питания, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с потенциальным выходом устройства 9, источник входного напряжения 12, предусмотрены новые элементы и связи - источник входного напряжения 12 связан с коллектором первого 1 входного транзистора через первый 13 частотозадающий конденсатор, общий узел потенциального выхода 9 и второго 11 источника опорного тока связан с эмиттером первого 1 входного транзистора через второй 14 частотозадающий конденсатор.

Схема избирательного усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.

На фиг.3 показана схема ИУ фиг.2 в соответствии с п.2 формулы изобретения.

На фиг.4 приведена схема заявляемого ИУ фиг.3 в среде Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов.

На фиг.5 показана зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты ИУ фиг.4 в крупном масштабе, а на фиг.6 - частотная зависимость коэффициент усиления ИУ фиг.4 в более мелком масштабе.

Избирательный усилитель фиг.2 содержит первый 1 входной транзистор, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику дополнительного напряжения, а коллектор связан с эмиттером согласующего транзистора 5, второй источник дополнительного напряжения 6, соединенный с базой согласующего транзистора 5, выходной транзистор 7, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания, эмиттер соединен с потенциальным выходом устройства 9, а база соединена с коллектором согласующего транзистора 5 и через первый вспомогательный резистор 10 связана со второй 8 шиной источника питания, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с потенциальным выходом устройства 9, источник входного напряжения 12. Источник входного напряжения 12 связан с коллектором первого 1 входного транзистора через первый 13 частотозадающий конденсатор, общий узел потенциального выхода 9 и второго 11 источника опорного тока связан с эмиттером первого 1 входного транзистора через второй 14 частотозадающий конденсатор.

На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, коллектор первого 1 входного транзистора связан с эмиттером согласующего транзистора 5 через первый 15 дополнительный резистор, а эмиттер выходного транзистора 7 связан с потенциальным выходом устройства 9 через второй 16 дополнительный резистор.

Рассмотрим работу ИУ фиг.3.

Источник входного сигнала 12 (uвх) посредством дифференцирующей входной цепи (первый 15 дополнительный резистор и первый 13 частотозадающий конденсатор) изменяет эмиттерный ток согласующего транзистора 5. Пропорциональность преобразования этого тока в его коллекторное напряжение, обусловленная сопротивлением первого 10 вспомогательного резистора, изменяет выходное напряжение ИУ (выход 9) по интегрирующему закону, который реализуется выходной RC-цепью (второй 16 дополнительный резистор и второй 14 частотозадающий конденсатор). Именно поэтому форма АЧХ и ФЧХ схемы фиг.3 соответствует избирательной цепи, частота квазирезонанса (f0) которой определяется соотношением постоянных времени входной (R15, C13) и выходной (R16, С14) RC-цепями. Передача части выходного сигнала посредством преобразования выходного напряжения ИУ через конденсатор С14 в эмиттерный ток первого 1 входного транзистора в коллекторную цепь согласующего транзистора 5 обеспечивает реализацию контура комплексной обратной связи. В силу того, что входная цепь ИУ (первый 13 частотозадающий конденсатор и первый 15 дополнительный резистор) в этом контуре выполняет функции интегрирующей RC-цепи, а интегрирующая цепь тракта передачи входного сигнала (С14, R16) функции дифференцирующего преобразования сигнала обратной связи, вид АЧХ и ФЧХ возвратного отношения ИУ соответствует характеристикам полосно-пропускающего типа. Именно поэтому действие контура обратной связи направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления ИУ на частоте его квазирезонанса f0, которая не зависит от глубины этой обратной связи. Таким образом, с ростом частоты ток эмиттера транзистора 1 увеличивается, а при f>f0 напряжение его коллектора (в силу влияния емкости конденсатора C13 уменьшается. При f<f0 происходит обратное явление. Таким образом, в указанных частотных диапазонах обратная связь не вещественна и приближается к реактивной, а глубина вещественной обратной связи (f=f0) непосредственно определяется коэффициентом преобразования тока коллектора согласующего транзистора 5 в его коллекторное напряжение.

Покажем аналитически, что более высокие значения K0 и Q в рабочем диапазоне частот реализуются в схеме фиг.3.

Действительно, в результате анализа можно найти, что комплексный коэффициент передачи по напряжению ИУ фиг.2 определяется по формуле:

где

τ1=C13(R15+h11.5); τ2=C14(R16+h11.7+h11.1)

αi - коэффициент передачи по току эмиттера транзистора i-го транзистора.

Таким образом, численные значения сопротивлений R10 и R16 независимо от соотношения постоянных времени τ1 и τ2, т.е. от f0, обеспечивают необходимые значения добротности Q и коэффициента усиления K0.

Важнейшим свойством предлагаемой схемы является возможность параметрической оптимизации динамического диапазона, требующего равенства τ12 при относительно большой добротности. Как видно из (4) и (3), при С1413, R15=R16

При этом ее коэффициенты чувствительности:

В то же время частота квазирезонанса (2) и ее параметрическая чувствительность сохраняются неизменными.

Как видно из чертежа фиг.4, на котором показана практическая реализация схемы фиг.2, сформулированные выше условия легко реализуются выбором соотношения между R15, R16 и h11.7, h11.1 посредством токов режимных источников тока.

Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.5, фиг.6.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления K0 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 ES 2.079.397, fig.9.

4. Патентная заявка US 2010/0283543, fig.1.

5. Патентная заявка US 2010/0283542, fig.2.

6. Патент US 7.633.344, fig.1.

7. Ежков Ю.А. «Справочник по схемотехнике усилителей», М.: ИП «Радиософт», 2002 г., стр.113, рис.6.18.


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

Показаны записи 1-10 из 200.
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
Показаны записи 1-10 из 207.
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