×
27.07.2013
216.012.5b26

Результат интеллектуальной деятельности: ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ТОКА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: 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. Технический результат достигается с помощью избирательного усилителя на основе неинвертирующего усилителя тока, который содержит источник входного напряжения (1), преобразователь «напряжение-ток» (2), выходной транзистор (3), источник вспомогательного напряжения (4), первый (7) и второй (8) корректирующие конденсаторы, второй (9) частотозадающий резистор. 7 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п.

В задачах выделения высокочастотных 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 второстепенных транзисторов, образующих операционный усилитель [1, 2]. В этой связи весьма актуальной является задача построения избирательных усилителей на биполярных транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с достаточно высокой добротностью (Q) резонансной характеристики (Q=2÷10) при малом энергопотреблении.

Известны схемы ИУ, 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 [3-20]. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется корректирующим конденсатором.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US 5304946, фиг.24. Он содержит источник входного напряжения 1, связанный с преобразователем «напряжение-ток» 2, выходной транзистор 3, база которого подключена к источнику вспомогательного напряжения 4, а коллектор через первый 5 частотозадающий резистор соединен с первой 6 шиной источника питания, первый 7 и второй 8 корректирующие конденсаторы, второй 9 частотозадающий резистор.

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

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (К0) на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство.

Поставленная задача решается тем, что в избирательном усилителе, фиг.1, содержащем источник входного напряжения 1, связанный с преобразователем «напряжение-ток» 2, выходной транзистор 3, база которого подключена к источнику вспомогательного напряжения 4, а коллектор через первый 5 частотозадающий резистор соединен с первой 6 шиной источника питания, первый 7 и второй 8 корректирующие конденсаторы, второй 9 частотозадающий резистор, предусмотрены новые элементы и связи - выход преобразователя «напряжение-ток» 2 подключен к коллектору выходного транзистора 3 и связан по переменному току с общей шиной источников питания 10 через первый 7 корректирующий конденсатор, а также через второй 8 корректирующий конденсатор подключен ко входу дополнительного токового зеркала 11, причем неинвертирующий выход 12 дополнительного токового зеркала 11 соединен с эмиттером выходного транзистора 3 и выходом устройства 13 через второй 9 частотозадающий резистор, а эмиттер выходного транзистора 3 подключен к первому дополнительному токостабилизирующему двухполюснику 14.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1.

На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1, п.2 и п.3 формулы изобретения.

На фиг.3 показана схема ИУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов (техпроцесс SG25Hl).

На фиг.4 приведены логарифмическая амплитудно-частотная (ЛАЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики ИУ фиг.3 в широком диапазоне частот от 1 кГц до 100 ГГц при Rvar=R1=70 Ом, Cvar=C6=C7=250 фФ.

На фиг.5 показаны ЛАЧХ и ФЧХ ИУ фиг.3 в более узком диапазоне частот от 100 МГц до 10 ГГц при Rvar=R1=70 Ом, Cvar=C6=C7=250 фФ.

На фиг.6 представлена зависимость добротности Q от сопротивления Rvar ИУ фиг.3.

На фиг.7 показана зависимость добротности Q и резонансной частоты f0 ИУ фиг.3 от параметра Cvar.

Избирательный усилитель фиг.2 содержит источник входного напряжения 1, связанный с преобразователем «напряжение-ток» 2, выходной транзистор 3, база которого подключена к источнику вспомогательного напряжения 4, а коллектор через первый 5 частотозадающий резистор соединен с первой 6 шиной источника питания, первый 7 и второй 8 корректирующие конденсаторы, второй 9 частотозадающий резистор. Выход преобразователя «напряжение-ток» 2 подключен к коллектору выходного транзистора 3 и связан по переменному току с общей шиной источников питания 10 через первый 7 корректирующий конденсатор, а также через второй 8 корректирующий конденсатор подключен ко входу дополнительного токового зеркала 11, причем неинвертирующий выход 12 дополнительного токового зеркала 11 соединен с эмиттером выходного транзистора 3 и выходом устройства 13 через второй 9 частотозадающий резистор, а эмиттер выходного транзистора 3 подключен к первому дополнительному токостабилизирующему двухполюснику 14.

На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, между входом дополнительного токового зеркала 11 и первой 6 шиной источника питания включен второй 15 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник.

Кроме того, на фиг.2, в соответствии с п.3 формулы изобретения, инвертирующий выход 16 дополнительного токового зеркала 11 связан с дополнительным выходом устройства 17 и через вспомогательный резистор 18 подключен к первой 6 шине источника питания. Токовое зеркало 11 выполнено на основе транзистора 19 и p-n-перехода 20.

Рассмотрим работу схемы фиг.2.

Источник входного сигнала (uвх) 1 через преобразователь напряжение-ток 2 изменяет ток цепи нагрузки, образованной резисторами 5, 9 и конденсаторами 8, 10. В силу емкостного делителя, реализованного на конденсаторах 10 и 8, ток, протекающий через резистор 9, имеет частотную характеристику, совпадающую с частотной характеристикой резонансного ИУ. При этом его максимальное значение достигается на частоте квазирезонанса f0, определяемой соотношением только пассивных элементов указанной цепи. Выходной ток вышеназванной частотно-зависимой цепи (ток через резистор 9) определяет изменение тока эмиттера и коллектора выходного транзистора 3 и тока дополнительного токового зеркала 11, обеспечивающих реализацию контура комплексной обратной связи. В силу указанных выше свойств цепи нагрузки выходного транзистора 3 эта обратная связь является вещественной на частоте квазирезонанса ИУ f0 и, следовательно, ее действие направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления K0. Глубина контура указанной обратной связи определяется количеством m эмиттеров транзистора 19 токового зеркала 11.

Комплексный коэффициент передачи ИУ (фиг.2) как отношение выходного напряжения (выход устройства 13) к входному напряжению uвх определяется формулой, которую можно получить с помощью методов анализа электронных схем:

где f - частота сигнала;

f0 - частота квазирезонанса;

Q - добротность АЧХ избирательного усилителя;

K0 - коэффициент усиления ИУ на частоте квазирезонанса f0.

Причем

где C8, C10, R5, R9 - параметры элементов схемы 8, 10, 5 и 9;

h11.i - входное сопротивление i-го транзистора в схеме с общей базой.

Добротность ИУ определяется формулой

где αi - коэффициент передачи по току эмиттера i-го транзистора;

m - число р-n-переходов многоэмиттерного транзистора 19 в токовом зеркале 11;

- эквивалентное затухание пассивной цепи.

За счет выбора параметров элементов, входящих в формулу (3), можно обеспечить Q>>1.

Формула для коэффициента усиления К0 в комплексном коэффициенте передачи (1) имеет вид

где S2 - крутизна преобразователя «напряжение-ток» 2.

Важной особенностью схемы является возможность оптимизации использования равноминимальных элементов пассивной цепи. Действительно, как это следует из соотношения (3) при выполнении условий R=R5=R9, C8=C10=C:

Необходимое значение Q можно задавать структурно путем выбора числа эмиттерных переходов m транзистора 19 и параметрическим выбором режимных токов I14 и Действительно,

Изменением сопротивления токозадающего резистора 15 контролируется ток , а изменением тока источника тока 14 - ток I0.

Представленные на фиг.4-7 результаты моделирования предлагаемого ИУ, фиг.3, подтверждают указанные свойства.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение ИУ характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления К0 на частоте квазирезонанса f0, а также 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. Ежков Ю.С.Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М., ИП РадиоСофт, 2002. - С.21, рис.1.10в.

4. Волгин Л.И. Синтез и схемотехника аналоговых электронных средств в элементном базисе усилителей и повторителей тока / Л.И.Волгин, А.И.Зарукин; под.общ.ред. Л.И.Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2005. - С.33, рис.27.

5. Патент US 5304946 fig. 22.

6. Патент US 7113043.

7. Патент US 7598810.

8. Патентная заявка US 2005/0146389, fig.3.

9. Патентная заявка US 2008/0231369, fig.2.

10. Патент US 7110742, fig.5.

11. Патент US 6515547, fig.4a.

12. Патент US 7633344, fig.7.

13. Патент US 7847636, fig.4a.

14. Патент US 7786807.

15. Патентная заявка US 2007/0296501.

16. Патентная заявка US 2008/0018403.

17. US 3351865.

18. Патент US 7737790.

19. Патент US 4151483, fig.2.

20. Патентная заявка JP 2003011396.


ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ТОКА
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ТОКА
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ТОКА
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ТОКА
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ТОКА
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ТОКА
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ТОКА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 171-180 из 211.
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
№217.015.8bc2

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
13.01.2017
№217.015.8c5d

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 напряжения смещения нуля. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад, общая истоковая цепь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604684
Дата охранного документа: 10.12.2016
25.08.2017
№217.015.b3bb

Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона изменения выходного напряжения устройства до уровней, близких к напряжениям на положительной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613842
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b502

Планарная индуктивность

Изобретение относится к пассивной элементной базе устройств радиотехники и связи и может найти широкое применение в различных усилителях, смесителях и RLC-фильтрах ВЧ и СВЧ диапазонов, радиоприемниках и радиопередатчиках и т.п. Технический результат: увеличение численных значений L планарной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614188
Дата охранного документа: 23.03.2017
25.08.2017
№217.015.b65e

Устройство объединения медицинских изображений

Изобретение относится к информационно-измерительным устройствам и может быть использовано в вычислительной технике, в системах управления и обработки сигналов. Техническим результатом является обеспечение объединенного изображения со сглаженными границами перехода. Устройство содержит: регистр...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614545
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.b96a

Биполярно-полевой мультидифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат: повышение коэффициента усиления по напряжению разомкнутого мультидифференциального операционного усилителя при сохранении высокой стабильности нулевого уровня. Для этого предложен биполярно-полевой мультидифференциальный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615071
Дата охранного документа: 03.04.2017
25.08.2017
№217.015.b973

Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления дифференциального сигнала в разомкнутом состоянии двухкаскадного ОУ до уровня 90÷400 дБ....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615070
Дата охранного документа: 03.04.2017
25.08.2017
№217.015.b9ac

Rs-триггер

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат: создание RS-триггера, в котором внутреннее преобразование информации производится в многозначной токовой форме сигналов. Для этого предложен RS-триггер, который содержит первый 1 (S) и второй 2 (R) логические входы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615069
Дата охранного документа: 03.04.2017
Показаны записи 171-180 из 207.
10.10.2014
№216.012.fba1

Быстродействующий истоковый повторитель напряжения

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530263
Дата охранного документа: 10.10.2014
27.11.2014
№216.013.0be7

Быстродействующий датчик физических величин с потенциальным выходом

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и автоматики и может быть использовано в датчиках, обеспечивающих измерение различных физических величин. Датчик физических величин с потенциальным выходом содержит сенсор (1) с внутренней емкостью (2) и внутренним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534455
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0cd5

Универсальная шлифовальная головка

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано в ручных угловых машинах, предназначенных для обработки камня. Шлифовальная головка содержит корпус, приводной вал и конический редуктор с двумя ведомыми зубчатыми колесами, закрепленными на соосно установленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534702
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0cea

Способ определения параметров взвешенных частиц произвольной формы

Изобретение относится к технике автоматизации измерений и может быть использовано при анализе взвешенных частиц произвольной формы. Согласно способу производят освещение потока частиц световым пучком и регистрацию параметров световых сигналов, формируемых частицами при их пролете через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534723
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0d0e

Устройство для дистанционного измерения высоких напряжений статического электричества и электропитания системы мониторинга автономного объекта

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и связано с практическим использованием микромощных возобновляемых источников энергии, в частности энергии электростатического заряда, возникающего на поверхности полимерных материалов, например специальной одежде и т.п. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534759
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0de3

Широкополосный неинвертирующий усилитель с малым уровнем нелинейных искажений и шумов

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства для прецизионного усиления по мощности аналоговых сигналов, в структурах неинвертирующих усилителей и выходных каскадов различного функционального назначения, в том числе ВЧ- и СВЧ-диапазонов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534972
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0eb3

Дифференциальный аттенюатор с расширенным диапазоном рабочих частот

Изобретение относится к устройству дифференциального аттенюатора. Техническим результатом является повышение быстродействия устройства при работе с импульсными противофазными сигналами большой амплитуды. Устройство содержит первый (1) вход, первый (2) выход, первый (3) резистор, второй (4)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535180
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0eb6

Устройство предобработки карты глубины стереоизображения

Изобретение относится к информационно-измерительным устройствам и может быть использовано в вычислительной технике, в системах управления и обработки стереоизображений. Техническим результатом является уменьшение погрешности определения расстояния от объектов сцены до камеры сенсора. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535183
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0eb7

Способ и устройство детектирования локальных особенностей на изображении

Изобретение относится к средствам обработки цифровых изображений. Техническим результатом является обеспечение детектирования локальных особенностей на изображении. В способе изображение в цветовом пространстве RGB преобразуется в градации серого; обрабатывается энергетическими характеристиками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535184
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0f12

Конструкция пакета специальной одежды с повышенной устойчивостью к аэродинамической деформации

Изобретение относится к технологии изготовления одежды с несвязными утеплителями. Конструкция пакета специальной одежды с повышенной устойчивостью к аэродинамической деформации содержит два слоя материала оболочки: внешний и внутренний. Объемный несвязный утеплитель расположен между слоями....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535275
Дата охранного документа: 10.12.2014
+ добавить свой РИД