×
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 181-190 из 211.
25.08.2017
№217.015.b9bd

Биполярно-полевой дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: повышение разомкнутого коэффициента усиления по напряжению операционного усилителя (ОУ) при сохранении высоких показателей по стабильности напряжения смещения нуля. Для этого предложен биполярно-полевой дифференциальный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615068
Дата охранного документа: 03.04.2017
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.c05e

Устройство обнаружения и устранения аномальных измерений

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат - обнаружение и устранение аномальных измерений при фиксированном значении вероятности ложной тревоги. Устройство содержит блок хранения результатов измерений, коммутаторы, блок разбиения на интервалы, генераторы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616568
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
Показаны записи 181-190 из 207.
10.12.2014
№216.013.0f15

Стиральная машина с накопительной емкостью

Изобретение относится к стиральным машинам для бытового и промышленного назначения. Стиральная машина барабанного типа, имеющая накопительную емкость для промежуточного хранения воды после полоскания или моющего раствора, выполнена так, что накопительная емкость расположена отдельным блоком над...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535278
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0f16

Стиральная машина

Стиральная машина, содержит систему управления, неподвижный бак, имеющий цилиндрическую часть и две боковые поверхности. Барабан закреплен в баке с возможностью вращения и имеет цилиндрическую перфорированную поверхность и две боковые поверхности, привод вращения барабана и, по меньшей мере,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535279
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0fc0

Способ и устройство обнаружения дефектов на видеосигналах

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах анализа и обработки видеопоследовательности, цифровом телевидении. Техническим результатом является обнаружение положения дефектов на видеосигналах в условиях недостаточной априорной информации о...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535449
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0fc8

Устройство учета рабочего ресурса источников света

Изобретение относится к электроизмерительной технике для измерения времени работы ламп в линиях освещения. Технический результат заключается в обеспечении подачи сигналов предупреждения об окончании ресурса. Устройство состоит из микропроцессора, электросетевого модема, датчика переходов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535457
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
+ добавить свой РИД