×
18.01.2019
219.016.b0db

БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВОЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве выходного каскада для усиления быстроизменяющихся аналоговых сигналов по мощности (буферного усилителя - БУ), в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, например операционных усилителях. Технический результат: повышение максимальной скорости нарастания выходного напряжения и уменьшение времени установления переходного процесса в БУ при больших импульсных входных сигналах (соизмеренных с напряжением питания). БУ содержит первый 1 полевой транзистор, второй 3 полевой транзистор, выходной биполярный транзистор 5, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, дополнительное токовое зеркало 9, согласованное с первой 4 шиной источника питания, причем выход токового зеркала 9 соединен с базой транзистора 5 и связан с затвором второго 3 полевого транзистора. Наличие общей отрицательной обратной связи относительно выхода 6 обеспечивает высокую линейность амплитудной проходной характеристики. 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники может быть использовано в качестве BiJFet (биполярно-полевых) буферных усилителей различных аналоговых устройств, допускающих работу в условиях воздействия проникающей радиации и низких температур.

Известно значительное количество схем буферных усилителей (БУ), которые реализуются на биполярных (BJT) и полевых (BiJFet, КМОП, КНИ, КНС и др.) транзисторах, а также при их совместном включении [1-27]. Во многих случаях схема БУ адаптируется под конкретные технологические процессы и внешние воздействующие факторы, например, влияние низких температур и радиации, т.к. только в этом случае обеспечивается реализациях предельных параметров БУ.

Для работы в тяжелых условиях эксплуатации (воздействие низких, в т.ч. криогенных температур, потока нейтронов, накопленной дозы радиации, гамма-квантов и т.д.) хорошо зарекомендовали себя микросхемы на основе BiJFet технологического процесса [28]. Однако данный технологический процесс не обеспечивает удовлетворительную работу аналоговых микросхем с использованием в их сигнальных цепях p-n-p транзисторов [28]. В этой связи, например в BiJFet операционных усилителях (ОУ), рекомендуется преимущественно применять только полевые транзисторы с управляющим
p-n переходом и биполярные n-p-n транзисторы [28]. Это накладывает существенные ограничения на применяемые схемотехнические решения выходных каскадов аналоговых микросхем данного класса.

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение буферные усилители, реализованные в виде истоковых повторителей на BiJFet или КМОП транзисторах [1-27]. Известны также двухтактные выходные каскады только на КМОП транзисторах с p- или n-каналами
[22-25]. В ряде случаев двухтактные выходные каскады выполняются на входных КМОП транзисторах и выходных биполярных транзисторах [26]. Благодаря простоте вышеназванные схемотехнические решения наиболее популярны как в зарубежных, так и в российских аналоговых микросхемах, реализуемых на основе типовых технологических процессов.

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является буферный усилитель на основе выходных комплементарных биполярных транзисторов по патенту RU № 2.523.947, fig. 4. Он содержит (фиг. 1) первый 1 полевой транзистор, затвор которого подключен ко входу устройства 2, второй 3 полевой транзистор, сток которого соединен с первой 4 шиной источника питания, выходной биполярный транзистор 5, эмиттер которого соединен с выходом устройства 6, база связана со второй 7 шиной источника питания через первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, причем коллектор выходного биполярного транзистора 5 соединен со второй 7 шиной источника питания.

Существенный недостаток известного буферного усилителя состоит в том, что из-за ограничений BiJFet технологического процесса, например, 3КБТ ОАО «Интеграл» (г. Минск), в нем при низких температурах не рекомендуется использовать p-n-p транзисторы. Таким образом, схема БУ-прототипа имеет ограниченное применение.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании радиационно-стойкого и низкотемпературного схемотехнического решения БУ для BiJFet технологического процесса, не содержащего p-n-p транзисторов (например, на основе базовых матричных кристаллов АБМК-1.3, АБМК-1.7, АБМК-2.1 и др.), обеспечивающего двухтактное преобразование входного напряжения (режим класса АВ) при высокой линейности проходной характеристики, малом входном токе и высоком входном дифференциальном сопротивлении.

Поставленная задача достигается тем, что в биполярно-полевом буферном усилителе фиг. 1, содержащем первый 1 полевой транзистор, затвор которого подключен ко входу устройства 2, второй 3 полевой транзистор, сток которого соединен с первой 4 шиной источника питания, выходной биполярный транзистор 5, эмиттер которого соединен с выходом устройства 6, база связана со второй 7 шиной источника питания через первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, причем коллектор выходного биполярного транзистора 5 соединен со второй 7 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи – исток первого 1 полевого транзистора соединен с выходом устройства 6 и истоком второго 3 полевого транзистора, сток первого 1 полевого транзистора соединен со входом дополнительного токового зеркала 9, согласованного с первой 4 шиной источника питания, причем выход дополнительного токового зеркала 9 соединен с базой выходного биполярного транзистора 5 и связан с затвором второго 3 полевого транзистора.

На чертеже фиг. 1 показана схема БУ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 – схема заявляемого устройства.

На чертеже фиг. 3 приведена схема заявляемого БУ фиг. 2 в среде PSpice на радиационно-зависимых и низкотемпературных моделях транзисторов базового матричного кристалла АБМК_1.7 (ОАО «Интеграл», г. Минск) [28].

На чертеже фиг. 4 представлена амплитудная характеристика BiJFet БУ (фиг. 3) при токе I1=300мкА и разных сопротивлениях нагрузки
Rн=Rvar=1 кОм, Rн=Rvar=2 кОм, Rн=Rvar=10 кОм (модели транзисторов PADJ сильноточные).

Выходной каскад BiJFet (биполярно-полевого) операционного усилителя фиг. 2 содержит первый 1 полевой транзистор, затвор которого подключен ко входу устройства 2, второй 3 полевой транзистор, сток которого соединен с первой 4 шиной источника питания, выходной биполярный транзистор 5, эмиттер которого соединен с выходом устройства 6, база связана со второй 7 шиной источника питания через первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, причем коллектор выходного биполярного транзистора 5 соединен со второй 7 шиной источника питания. В схеме фиг. 2 исток первого 1 полевого транзистора соединен с выходом устройства 6 и истоком второго 3 полевого транзистора, сток первого 1 полевого транзистора соединен со входом дополнительного токового зеркала 9, согласованного с первой 4 шиной источника питания, причем выход дополнительного токового зеркала 9 соединен с базой выходного биполярного транзистора 5 и связан с затвором второго 3 полевого транзистора. К выходу устройства 6 подключается нагрузка 10.

Рассмотрим работу предлагаемого БУ фиг. 2

В статическом режиме (Rн=Rvar=∞, Uвх=0) при единичном коэффициенте передачи по току дополнительного токового зеркала 9 (Кi=1) в схеме устанавливаются следующие токи

(1)

где – ток истока первого 1 полевого транзистора; – ток истока второго 3 полевого транзистора при напряжении затвор-исток ;

– ток эмиттера выходного биполярного транзистора 5.

Если на вход БУ подается положительное входное напряжение , то в нагрузке 10 образуется выходной ток , максимальное значение которого определяется формулой

, (2)

где – коэффициент передачи по току базы выходного биполярного транзистора 5; – ток первого 8 токостабилизирующего двухполюсника.

При отрицательном приращении входного напряжения БУ ток нагрузки обеспечивается вторым 3 полевым транзистором. При этом ток истока первого 1 полевого транзистора не изменяется () и, следовательно, приращение выходного напряжения в данном режиме БУ соответствует приращению его входного напряжения. Как следствие, максимальный отрицательный ток в нагрузке 10 будет определяться максимальным током стока полевого транзистора 3.

Особенность предлагаемой схемы БУ – наличие общей отрицательной обратной связи относительно выхода 6, что обеспечивает высокую линейность амплитудной проходной характеристики фиг. 4.

В ряде случаев в исток второго 3 полевого транзистора может водиться дополнительный p-n переход, что позволяет уменьшить статический ток данного активного элемента.

Компьютерное моделирование (фиг. 4) показывает, что предлагаемый буферный усилитель, схемотехника которого адаптирована на применение в диапазоне низких температур и воздействия проникающей радиации [28], имеет существенные достоинства в сравнении с известными вариантами построения БУ при их реализации в рамках BiJFet технологического процесса.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент RU № 2.523.947 fig. 4

2. WO 2007135139

3. US 4743862

4. US 6433638, fig. 1a-2

5. US 20050253653

6. US 4825174, fig. 3, fig. 6

7. RU 2099856, fig. 3

8. US 4904953, fig. 2

9. US 7896339, fig. 4

10. US 6342814

11. US 2010/0182086

12. US 5387880, fig. 1

13. US 4598253

14. US 4667165, fig. 2

15. US 4596958

16. US 7116172, fig. 4, fig. 5

17. US 5648743

18. US 5367271, fig. 2

19. US 2000/0112075, fig. 3

20. US 5065043, fig. 1f

21. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ.— Изд. 2-е. — М.: Издательство БИНОМ. 2014. - 704 с. Рис. 3.26, рис. 3.28, рис. 3.29

22. US 2007/0115056, fig. 2

23. US 7548117, fig. 5

24. EP 0 293486 B1, fig. 5

25. Patt Boonyaporn, Varakorn Kasemsuwan. A High Performance Class AB CMOS Rail to Rail Voltage Follower // ASIC, 2002. Proceedings. 2002 IEEE Asia-Pacific Conference on, pp. 161-163

26. US 4420726, fig. 1 – fig. 3

27. Элементная база радиационно-стойких информационно-измерительных систем: монография / Н.Н. Прокопенко, О.В. Дворников, С.Г. Крутчинский; под общ. ред. д.т.н. проф. Н.Н. Прокопенко; ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». - Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - 208 с.

28. O. V. Dvornikov, V. L. Dziatlau, N. N. Prokopenko, K. O. Petrosiants, N. V. Kozhukhov and V. A. Tchekhovski, "The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors," 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Astana, Kazakhstan, 2017, pp. 1-6. DOI: 10.1109/SIBCON.2017.7998507

Биполярно-полевой буферный усилитель, содержащий первый (1) полевой транзистор, затвор которого подключен к входу устройства (2), второй (3) полевой транзистор, сток которого соединен с первой (4) шиной источника питания, выходной биполярный транзистор (5), эмиттер которого соединен с выходом устройства (6), база связана со второй (7) шиной источника питания через первый (8) токостабилизирующий двухполюсник, причем коллектор выходного биполярного транзистора (5) соединен со второй (7) шиной источника питания, отличающийся тем, что исток первого (1) полевого транзистора соединен с выходом устройства (6) и истоком второго (3) полевого транзистора, сток первого (1) полевого транзистора соединен со входом дополнительного токового зеркала (9), согласованного с первой (4) шиной источника питания, причем выход дополнительного токового зеркала (9) соединен с базой выходного биполярного транзистора (5) и связан с затвором второго (3) полевого транзистора.
БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВОЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВОЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВОЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВОЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВОЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 186.
13.01.2017
№217.015.8dc0

Способ штамповки деталей из металлов и сплавов и пресс для его осуществления

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано для выполнения технологических операций штамповки эластичным пуансоном при изготовлении несимметричных деталей сложной формы толщиной 0,01-0,3 мм. На заготовку воздействуют статической нагрузкой до получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605011
Дата охранного документа: 20.12.2016
13.01.2017
№217.015.90ce

Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных и емкостных датчиков с передачей результата преобразования по радиоканалу

Изобретение относится измерительным информационным системам, в частности к системам для измерения емкости и сопротивления и может быть использовано для измерения неэлектрических величин резистивными и емкостными датчиками в беспроводных системах контроля и управления. Микроконтроллерный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603937
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.9131

Универсальный набор для строительства малоэтажных зданий и сооружений

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении малоэтажных зданий различных конструктивных систем. Цель изобретения - создание универсального набора элементов, который может использоваться во всех трех системах: брусчатой, стоечной и легкокаркасной, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605654
Дата охранного документа: 27.12.2016
25.08.2017
№217.015.9a08

Способ создания гидроизоляции

Изобретение относится к строительству, а именно к созданию вертикальной и горизонтальной гидроизоляции фундаментов, стен, и может быть использовано при возведении новых, а также реконструкции (восстановлении) существующих зданий и сооружений. Способ создания гидроизоляции включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002609511
Дата охранного документа: 02.02.2017
25.08.2017
№217.015.9f09

Бетонная смесь

Изобретение относится к составам мелкозернистых бетонных смесей, в том числе песчаных, используемых для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Технический результат - снижение расхода цемента и повышение трещиностойкости песчаного бетона после тепловлажностной обработки....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606147
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.af78

Конструкция усиления железобетонной многопустотной плиты перекрытия

Изобретение относится к строительству, в частности, к конструкциям усиления железобетонных многопустотных плит перекрытия, доступ к которым сверху невозможен, например, плит перекрытия, используемых преимущественно в зданиях с совмещенной кровлей. Техническим результатом является увеличение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610951
Дата охранного документа: 17.02.2017
25.08.2017
№217.015.b31a

Устройство терминального управления на основе вариационных принципов

Устройство терминального управления на основе вариационных принципов содержит блок отношения, пять блоков сумматоров, четырнадцать блоков умножения, блок вычисления производной, блок линии задержки, вход эталонного сигнала, блок хранения констант, соединенных определенным образом....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613623
Дата охранного документа: 21.03.2017
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
Показаны записи 1-10 из 216.
20.04.2014
№216.012.bb74

Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых входных сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513716
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.c282

Быстродействующий драйвер дифференциальной линии связи

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515543
Дата охранного документа: 10.05.2014
27.05.2014
№216.012.cacc

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. Техническим результатом является повышение быстродействия датчика за счет минимизации влияния внутренней емкости 2...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517682
Дата охранного документа: 27.05.2014
27.05.2014
№216.012.cadc

Широкополосный аттенюатор для быстродействующих аналоговых и аналого-цифровых интерфейсов

Широкополосный аттенюатор для быстродействующих аналоговых и аналого-цифровых интерфейсов относится к области измерительной техники, электротехники, радиотехники и связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, в измерительных приборах, быстродействующих аналого-цифровых (АЦП)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517698
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.06.2014
№216.012.cfea

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат: расширение в несколько раз частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений от источников входных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518997
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d149

Управляемый усилитель и смеситель аналоговых сигналов на базе дифференциального каскада дарлингтона

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого с входов канала «X» зависит от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519348
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d190

Широкополосный повторитель напряжения

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот широкополосного повторителя напряжения при наличии емкости на выходе С, которая не может быть уменьшена по объективным причинам - является неотъемлемой частью цепи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519419
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d19a

Измерительный усилитель с управляемыми параметрами амплитудно-частотной характеристики

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Технический результат заключается в увеличении затухания выходного сигнала в диапазоне низких частот при повышенной и достаточно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519429
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.07.2014
№216.012.dbc8

Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых и цифровых импульсных сигналов в устройствах различного функционального назначения, работающих на емкостную нагрузку. Достигаемый технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522042
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.e026

Компенсационный стабилизатор напряжения

Устройство относится к области электротехники. Технический результат заключается в получении температурно-стабильного выходного напряжения и снижении минимальной разности напряжения вход-выход стабилизатора. Для этого предложен стабилизатор напряжения, содержащий первый и второй транзисторы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523168
Дата охранного документа: 20.07.2014
+ добавить свой РИД