×
10.06.2014
216.012.d220

Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к составному транзистору, который может быть использован в качестве устройства усиления аналоговых сигналов и в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Технический результат заключается в повышении в 8÷10 раз верхней граничной частоты различных усилителей за счет уменьшение входной и выходной емкостей используемого в них составного транзистора. Составной транзистор содержит входной транзистор (1), база которого является базой (2), а эмиттер - эмиттером (3) составного транзистора, выходной транзистор (4), коллектор которого является коллектором (5) составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора (1), при этом в схему введен дополнительный транзистор (6), статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока (7), включенным между первой (8) шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора (6), причем база дополнительного транзистора (6) соединена с базой входного транзистора (1), его коллектор связан с эмиттером входного транзистора (1), а эмиттер подключен к базе выходного транзистора (4). 1 з.п. ф-лы, 10 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 нагрузкой (фиг.1), включенной в коллекторную цепь входного транзистора - каскада с общим эмиттером [1-15]. Активную часть КУ, содержащую входной 1 и выходной 4 транзисторы, можно рассматривать как составной транзистор (СТ), который может включаться в различные электронные схемы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является составной транзистор в схеме КУ (фиг.1) по патенту US 5.304.946, fig. 14, который показан также на чертеже фиг.2. Он содержит входной транзистор 1, база которого является базой 2, а эмиттер - эмиттером 3 составного транзистора, выходной транзистор 4, коллектор которого является коллектором 5 составного транзистора.

Существенный недостаток известного СТ, архитектура которого присутствует также во многих других каскодных усилителях [1-15], состоит в том, что он обладает сравнительно большими выходной Свых и входной Свх паразитными емкостями, что отрицательно сказывается на диапазоне его рабочих частот в структуре различных усилителей.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в уменьшении входной и выходной емкостей составного транзистора и, как следствие, повышение в 8-10 раз верхней граничной частоты различных усилителей на базе заявляемого СТ.

Поставленная задача решается тем, что в составном транзисторе фиг.1, содержащем входной транзистор 1, база которого является базой 2, а эмиттер - эмиттером 3 составного транзистора, выходной транзистор 4, коллектор которого является коллектором 5 составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора 1, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 6, статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока 7, включенным между первой 8 шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора 6, причем база дополнительного транзистора 6 соединена с базой входного транзистора 1, его коллектор связан с эмиттером входного транзистора 1, а эмиттер подключен к базе выходного транзистора 4.

Схема каскодного усилителя на основе составного транзистора-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена отдельно схема СТ-прототипа.

На чертеже фиг.3 показан заявляемый СТ в соответствии с п.1 формулы изобретения.

На чертеже фиг.4 представлена схема каскодного усилителя на основе СТ фиг.3, соответствующая п.2 формулы изобретения.

На чертеже фиг.5 представлена схема каскодного усилителя на базе СТ-прототипа фиг.2 (напряжение питания Еп=±5 В, транзисторы TN50S ФГУП НПП «Пульсар»).

На чертеже фиг.6 приведена схема каскодного усилителя на базе предлагаемого СТ фиг.3 (Еп=±5 В, транзисторы TN50S, TP50S ФГУП НПП «Пульсар»).

На чертеже фиг.7 показана зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты для схемы каскодного усилителя на базе СТ-прототипа фиг.5 и КУ с предлагаемым СТ фиг.3 (транзисторы TN50S, TP50S ФГУП НПП «Пульсар). Данный график показывает, что заявляемое устройство имеет в 7-8 раз лучшее значение верхней граничной частоты fB.

На чертеже фиг.8 представлена зависимость комплексного входного сопротивления от частоты для схем каскодного усилителя на базе СТ-прототипа фиг.2 и усилителя с предлагаемым СТ фиг.3 (транзисторы TN50S, ТР508 ФГУП НПП «Пульсар). Данный график показывает, что входная емкость предлагаемого устройства в 3-4 раза меньше, чем в известном СТ.

На чертеже фиг.9 показана схема каскодного усилителя на основе заявляемого СТ, которая имеет близкий к нулю входной статический ток.

На чертеже фиг.10 приведена зависимость входного статического тока сравниваемых схем фиг.5 и фиг.9 от температуры.

Данные графики показывают, что предлагаемая схема имеет значительно меньший входной статический ток, что приближает ее свойства по этому параметру к полевым транзисторам.

Составной транзистор фиг.3 содержит входной транзистор 1, база которого является базой 2, а эмиттер - эмиттером 3 составного транзистора, выходной транзистор 4, коллектор которого является коллектором 5 составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора 1. В схему введен дополнительный транзистор 6, статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока 7, включенным между первой 8 шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора 6, причем база дополнительного транзистора 6 соединена с базой входного транзистора 1, его коллектор связан с эмиттером входного транзистора 1, а эмиттер подключен к базе выходного транзистора 4.

На чертеже фиг.4, в соответствии с п.2 формулы изобретения, база входного транзистора 1 соединена с источником входного напряжения 9, между первой 8 шиной источника питания и коллектором выходного транзистора 4 включен резистор коллекторной нагрузки 10, а эмиттер входного транзистора 1 соединен по переменному току со второй 11 шиной источника питания через резистор местной обратной связи 12, а также соединен со второй 11 шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 13. Конденсатор 14 выполняет классическую роль разделительной емкости.

Рассмотрим работу ДУ фиг.3 в схеме фиг.4.

Приращение напряжения на коллекторе «К» (узел 5) составного транзистора в схеме фиг.4 вызывает изменение тока ic4 через емкость коллектор-база Ск4 выходного транзистора 4. Данный ток поступает в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 6:

где αi≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера i-гo транзистора.

В эмиттерной цепи транзистора 1 при сопротивлении конденсатора 14 значительно меньшем, чем R12, происходит перераспределение тока α6ic4 между эмиттером транзистора 1 и резистором местной обратной связи 12:

где - коэффициент деления тока iк6 между rэl и R12;

rэl≈20÷30 Ом - сопротивление эмиттерного р-n перехода транзистора 1.

Таким образом, коллекторный ток транзистора 4 и, следовательно, суммарный ток коллектора составного транзистора

iк46α1α4Kdic4, (3)

iкΣ=ic4-iк4=ic4(1-α6α1α4Kd). (4)

Из (4) следует, что эффективная выходная емкость предлагаемого СТ уменьшается

Cэф.к4=(1-α6α1α4Kd)=Cк4(1-Ti), (5)

где Ti6α1α4Kd≈1.

Как следствие, уменьшается эквивалентная постоянная времени коллекторной цепи нагрузки СТ (τэкв) и увеличивается верхняя граничная частота КУ фиг.4 fв:

τэкв=Cк4R10·(1-Ti), (6)

где - верхняя граничная частота в КУ с составным транзистором-прототипом фиг.1.

Данные теоретические выводы подтверждают результаты моделирования, показанные на чертеже фиг.7, - верхняя граничная частота fв увеличивается в 7-8 раз (для техпроцесса ФГУП НПП «Пульсар»).

Вторая замечательная особенность заявляемого СТ - компенсация влияния паразитных емкостей коллектор-база Cкl и Ск6 транзисторов 1 и 6 на входную комплексную проводимость схемы. Действительно эквивалентная входная емкость КУ в схеме фиг.4:

Свхк1(1-Ку1)+Ск6(1-Ку2)<<Ск1, (8)

где - коэффициент передачи напряжения uвх в эмиттер транзистора 4;

- коэффициент передачи напряжения uвх в эмиттер транзистора 1.

Третья замечательная особенность заявляемого СТ - малый входной статический ток, который может быть близок к аналогичному параметру полевых транзисторов:

где Iбl, Iб6 - статические токи базы транзисторов 1 и 6;

βl6 - коэффициенты усиления по току базы транзисторов 1 и 6.

Из (9) следует, что за счет соответствующего выбора статического тока источника опорного тока 7 можно получить нулевой входной ток в схеме фиг.4 и его относительно слабую температурную зависимость (см. фиг.10).

Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.10, из которых следует, что температурные приращения входного тока заявляемого СТ в диапазоне температур 60÷80°С в 9-10 раз меньше, чем в схеме СТ-прототипа.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение СТ характеризуется более высокими значениями верхней граничной частоты, меньшей величиной входной емкости, меньшим уровнем входного статического тока и его температурного дрейфа.

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 №6.278.329

9. Патентная заявка США 2005/0225397

10. Патент США №5.451.906

11. Патент Англии GB №1431481 fig.2

12. Патент US №3.693.108 fig. 9

13. Патент US №4.021.749 fig. 2

14. Патентная заявка US 2005/0225397

15. Патент US №6.278.329.


СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 191-200 из 200.
29.12.2017
№217.015.f52a

Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала

Изобретение относится к области электроники и радиотехники. Технический результат: уменьшение коэффициента передачи входного синфазного сигнала. Технический результат достигается за счет новых элементов и связей, введенных в дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637465
Дата охранного документа: 04.12.2017
20.01.2018
№218.016.1d8f

Токовый элемент ограничения многозначной выходной логической переменной

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления и передачи информации. Технический результат заключается в возможности в рамках одной и той же архитектуры реализовывать две...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640740
Дата охранного документа: 11.01.2018
20.01.2018
№218.016.1d98

Каскодный дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к прецизионным устройствам усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении разомкнутого коэффициента усиления по напряжению операционного усилителя. Каскодный дифференциальный операционный усилитель содержит: входной дифференциальный каскад с общей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640744
Дата охранного документа: 11.01.2018
13.02.2018
№218.016.205a

Широкополосный дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат заключается в повышении верхней граничной частоты коэффициента усиления по напряжению без увеличения тока потребления. Усилитель содержит: первый входной дифференциальный каскад с первым и вторым токовыми выходами, общая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641445
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.213f

Интегральная индуктивность с расширенным частотным диапазоном

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в ВЧ и СВЧ устройствах усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре интегральных микросхем различного функционального назначения (например, избирательных усилителях, смесителях, генераторах и т.п.)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641719
Дата охранного документа: 22.01.2018
13.02.2018
№218.016.24ea

Компаратор токов с гистерезисом

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в датчиковых системах, нейронных сетях, устройствах передачи информации. Технический результат заключается в обеспечении сравнения двух входных токовых сигналов I, I с гистерезисом по входу I и возможностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642339
Дата охранного документа: 24.01.2018
13.02.2018
№218.016.2531

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в расширении диапазона изменения отрицательного выходного напряжения ОУ до уровня, близкого к напряжению на второй (12) шине...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642337
Дата охранного документа: 24.01.2018
13.02.2018
№218.016.253b

Неинвертирующий усилитель переменного тока

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве неинвертирующего усилителя переменного тока с коэффициентом передачи по току больше единицы. Технический результат: повышение коэффициентов усиления по току до уровня, который превышает единичное значение....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642338
Дата охранного документа: 24.01.2018
04.04.2018
№218.016.350e

Измерительный мост с повышенным быстродействием

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в датчиковых системах для преобразования сигналов сенсоров (ускорения, давления, радиации и т.п.) в напряжение. Технический результат - повышение быстродействия. Измерительный мост с повышенным быстродействием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645867
Дата охранного документа: 28.02.2018
04.04.2018
№218.016.36b2

Асинхронный пиковый детектор

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат заключается в повышении надежности асинхронного пикового детектора в режиме разряда запоминающих конденсаторов. Асинхронный пиковый детектор содержит аналоговый вход (1) и аналоговый выход (2), первый (3) прецизионный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646371
Дата охранного документа: 02.03.2018
Показаны записи 201-207 из 207.
20.02.2015
№216.013.28de

Способ повышения точности аппроксимации при выделении полезного сигнала в условиях априорной неопределенности и устройство, его реализующее

Изобретение относится к информационно-измерительным устройствам и может быть использовано в вычислительной технике. Техническим результатом является повышение точности аппроксимации при выделении полезного сигнала в условиях априорной неопределенности. Способ заключается в том, что исходная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541919
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.28df

Устройство обнаружения дефектов на архивных фотографиях

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах анализа и обработки изображений и в цифровом телевидении. Технический результат заключается в обнаружении положения дефектов на архивных фотографиях в условиях недостаточной априорной информации о...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541920
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c0e

Способ непрерывного контроля целостности воздушных судов на всех участках полета

Изобретение относится к системам управления безопасностью полетов. Достигаемый технический результат - повышение эффективности систем управления безопасностью полетов. Способ основан на введении в бортовое оборудование воздушных судов системного процессора, который объединен с бортовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542746
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c90

Устройство выделения высокодетализированных объектов на изображении сцены

Изобретение относится к устройствам выделения высокодетализированных объектов. Технический результат заключается в выделении на изображениях и видеопоследовательностях высокодетализированных объектов на произвольном низкодетализированном фоне. Устройство содержит блок хранения входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542876
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2e36

Управляемый избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления за счет повышения добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543298
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.04.2015
№216.013.3d7a

Устройство управления процессом очистки фильтровального элемента

Изобретение относится к средствам управления процессом очистки фильтровального элемента водопроводных систем. Технический результат заключается в обеспечении автоматического переключения фильтра из режима фильтрования в режим промывки и обратно, создании возможности автоматического управления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547226
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.44a5

Устройство для модификации синтетического утеплителя

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к устройствам для модификации синтетического утеплителя. Устройство предназначено для заполнения межволоконного пространства синтетического нетканого утеплителя модификатором. Устройство для модификации синтетического нетканого утеплителя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549071
Дата охранного документа: 20.04.2015
+ добавить свой РИД