×
18.01.2019
219.016.b0db

Результат интеллектуальной деятельности: БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВОЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Вид РИД

Изобретение

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.

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 181-186 из 186.
20.04.2023
№223.018.4ac4

Способ электрохимического окисления спиртов в нитрилы

Изобретение относится к способу электрохимического окисления спиртов в нитрилы. Предлагаемый способ включает предварительное приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, водного раствора гидрокарбоната натрия, органического растворителя, в качестве которого используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002778929
Дата охранного документа: 29.08.2022
21.05.2023
№223.018.6b20

Комплексная добавка в бетонную смесь

Изобретение относится к строительству подземных бетонных и железобетонных сооружений. Технический результат заключается в повышении прочности бетона в начальные сроки его твердения и водонепроницаемости при наборе проектной прочности. Комплексная добавка в бетонную смесь содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795636
Дата охранного документа: 05.05.2023
26.05.2023
№223.018.7026

Устройство для проведения инструментального индентирования с возможностью экспериментального наблюдения области контакта индентора с поверхностью образца в реальном времени

Изобретение относится к устройствам определения упругих свойств материалов путем вдавливания микро- или наноиндентора в поверхность образца на заданную глубину либо под действием заданной силы. Устройство содержит точечный источник рентгеновского излучения, вращающийся гониометрический столик с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796200
Дата охранного документа: 17.05.2023
17.06.2023
№223.018.7e36

Способ измерения области контакта индентора с поверхностью образца

Изобретение относится к области определения механических свойств материалов посредством инструментального индентирования. Сущность: образец устанавливается жестко на держатель устройства 3D визуализации деформационного состояния поверхности материала в области упругих деформаций. Индентор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002771063
Дата охранного документа: 25.04.2022
17.06.2023
№223.018.8182

Термостойкое силиконовое покрытие с поверхностной рельефной структурой

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к материалам и изделиям с термостойким покрытием, обеспечивающим защиту от механического и термического воздействия. Предложено термостойкое силиконовое покрытие толщиной 2,0 мм на поверхности материалов и деталей швейных изделий с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002756454
Дата охранного документа: 30.09.2021
19.06.2023
№223.018.81f3

Быстродействующий операционный усилитель с дифференцирующими цепями коррекции в мостовом входном дифференциальном каскаде

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в различных аналоговых и аналого-цифровых интерфейсах для обработки сигналов датчиков физических величин. Технический результат: повышение предельных значений максимальной скорости нарастания выходного напряжения без...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002797168
Дата охранного документа: 31.05.2023
Показаны записи 181-190 из 216.
02.04.2020
№220.018.12bb

Активный rc-фильтр нижних частот с одноэлементной перестройкой частоты полюса на дифференциальных и мультидифференциальном операционных усилителях

Изобретение относится к средствам ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения. Технический результат заключается в обеспечении условий, при которых при перестройке частоты среза коэффициент передачи ФНЧ на нулевой частоте остается без...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718210
Дата охранного документа: 31.03.2020
02.04.2020
№220.018.12df

Универсальный программируемый arc-фильтр

Изобретение относится к средствам перестраиваемых ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения. Технический результат заключается в повышении стабильности реализуемой добротности. По сравнению с прототипом универсальный программируемый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718212
Дата охранного документа: 31.03.2020
15.04.2020
№220.018.14a9

Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров

Изобретение относится к средствам выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении полосового фильтра с более низкой параметрической чувствительностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718709
Дата охранного документа: 14.04.2020
17.04.2020
№220.018.1535

Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров

Изобретение относится к средствам выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении полосового фильтра с более низкой параметрической чувствительностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718830
Дата охранного документа: 14.04.2020
04.05.2020
№220.018.1b9f

Токовое зеркало для работы при низких температурах

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в создании как инвертирующего, так и неинвертирующего токового зеркала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом для работы при низких температурах, обеспечивающего для разных выходов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720365
Дата охранного документа: 29.04.2020
14.05.2020
№220.018.1bf5

Промежуточный каскад операционного усилителя с парафазным выходом на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом

Изобретение относится к области радиотехники и микроэлектроники и может быть использовано в аналоговых микросхемах и аналого-цифровых интерфейсах датчиков. Технический результат заключается в создании стабильно работающего промежуточного каскада с повышенными коэффициентами усиления по току с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720555
Дата охранного документа: 12.05.2020
14.05.2020
№220.018.1c03

Активный rc-фильтр нижних частот с одноэлементной перестройкой частоты полюса на дифференциальном и двух мультидифференциальных операционных усилителях

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в качестве ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения. Технический результат заключается в обеспечении перестройки амплитудно-частотной характеристики ФНЧ без изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720559
Дата охранного документа: 12.05.2020
14.05.2020
№220.018.1c41

Многофункциональное токовое зеркало на комплементарных полевых транзисторах с управляющим pn-переходом для работы при низких температурах

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве функционального узла аналоговых микросхем (например, дифференциальных (ОУ) и мультидифференциальных операционных усилителях (МОУ), компараторах и т.п.) для задач усиления и фильтрации сигналов, в том числе в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720557
Дата охранного документа: 12.05.2020
14.05.2020
№220.018.1c59

Неинвертирующее токовое зеркало на комплементарных полевых транзисторах с управляющим pn-переходом для работы при низких температурах

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в обеспечении неинвертирующего преобразования входного токового сигнала с коэффициентом передачи по току больше единицы. Токовое зеркало содержит вход и выход устройства, согласованные с первой шиной источника...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720554
Дата охранного документа: 12.05.2020
14.05.2020
№220.018.1c66

Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала с аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении низкой параметрической чувствительности при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720558
Дата охранного документа: 12.05.2020
+ добавить свой РИД