RU2421879C1 - Differential amplifier with high-frequency compensation - Google Patents
Differential amplifier with high-frequency compensation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421879C1 RU2421879C1 RU2010118688/09A RU2010118688A RU2421879C1 RU 2421879 C1 RU2421879 C1 RU 2421879C1 RU 2010118688/09 A RU2010118688/09 A RU 2010118688/09A RU 2010118688 A RU2010118688 A RU 2010118688A RU 2421879 C1 RU2421879 C1 RU 2421879C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collector
- bus
- transistor
- input
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
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 и компараторах).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, broadband and selective amplifiers and comparators).
В современной микроэлектронике находят широкое применение классические дифференциальные каскады с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь входного транзистора [1-19].In modern microelectronics, classical differential cascades with a resistive load included in the input transistor collector circuit are widely used [1-19].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ДУ по патенту США №6.825.723, fig.1.The closest in technical essence to the claimed device is the remote control according to US patent No. 6.825.723, fig.1.
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что при любых известных способах высокочастотной коррекции его амплитудно-частотной характеристики коэффициент передачи по напряжению скорректированного ДУ всегда меньше, чем его Ку на постоянном токе, т.е. в области низких частот.A significant drawback of the known device is that for any of the known methods of high frequency correction of its amplitude-frequency characteristics of the transmission coefficient of the corrected control voltage is always less than its K at constant current, i.e., in the field of low frequencies.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента усиления в диапазоне средних частот до уровня , который в 10÷40 раз превышает Ку на постоянном токе. Это позволяет в ряде случаев исключить дополнительные каскада усиления, уменьшить общее энергопотребление в сравнении с многокаскадными усилителями.The main objective of the invention is to increase the gain in the range of medium frequencies to a level , which is 10 ÷ 40 times higher than K at a direct current. This allows in some cases to exclude additional amplification stages, to reduce the overall power consumption in comparison with multistage amplifiers.
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связаны с первой 4 шиной источников питания, первый 5 резистор коллекторной нагрузки, первый вывод которого соединен с выходом 6 устройства, коллектором второго 2 входного транзистора и коллектором первого 7 вспомогательного транзистора, второй 8 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 7 вспомогательного транзистора и первой 4 шиной источников питания, причем коллектор первого 1 входного транзистора связан со второй 9 шиной источников питания, предусмотрены новые элементы и связи - второй вывод резистора коллекторной нагрузки 5 связан со второй 9 шиной источников питания через первый 10 дополнительный резистор и соединен с эмиттером первого 7 вспомогательного транзистора через первый 11 корректирующий конденсатор, причем база первого 7 вспомогательного транзистора связана с первой 12 цепью установления его статического режима.The problem is solved in that in the differential amplifier of figure 1, containing the first 1 and second 2 input transistors, the emitters of which are connected through the first 3 current-stabilizing two-terminal devices to the first 4 bus of the power supplies, the first 5 collector load resistor, the first output of which is connected to
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 приведена схема заявляемого ДУ в соответствии с п.2, а на фиг.4 - п.3 формулы изобретения.Figure 3 shows a diagram of the claimed remote control in accordance with
На фиг.5 приведена схема заявляемого ДУ в соответствии с п.4, а на фиг.6 - п.5 формулы изобретения.Figure 5 shows a diagram of the claimed remote control in accordance with
На фиг.7 показана схема ДУ фиг.5, в которой первый 3 токостабилизирующий двухполюсник реализован на транзисторах 21-22 и резисторах 23-24.Figure 7 shows the remote control diagram of figure 5, in which the first 3 current-stabilizing two-terminal is implemented on transistors 21-22 and resistors 23-24.
На фиг.8 представлен график теоретической амплитудно-частотной характеристики ДУ фиг.2.On Fig presents a graph of the theoretical amplitude-frequency characteristics of the remote control of Fig.2.
На фиг.9 показана схема ДУ-прототипа в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW ФГУП НПП «Пульсар».In Fig.9 shows a diagram of the remote control prototype in a computer simulation environment Cadence on models of integrated transistors HJW FSUE NPP Pulsar.
На фиг.10 показаны амплитудно-частотные характеристики схемы фиг.8 при разных емкостях конденсатора С1=С11.Figure 10 shows the amplitude-frequency characteristics of the circuit of Fig. 8 for different capacitor capacitances C1 = C11.
На фиг.11 показана схема заявляемого устройства фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW ФГУП НПП «Пульсар».In Fig.11 shows a diagram of the inventive device of Fig.2 in the computer simulation environment of Cadence on models of integrated transistors HJW FSUE NPP Pulsar.
На фиг.12 приведены амплитудно-частотные характеристики ДУ фиг.11 при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Сn=С11.In Fig.12 shows the amplitude-frequency characteristics of the remote control of Fig.11 for different values of the capacitance of the correction capacitor Cn = C11.
На фиг.13 показана схема предлагаемого ДУ фиг.7 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW ФГУП НПП «Пульсар».On Fig shows a diagram of the proposed remote control of Fig.7 in the computer simulation environment Cadence on models of integrated transistors HJW FSUE NPP Pulsar.
На фиг.14 приведены амплитудно-частотные характеристики ДУ фиг.13 при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Сn=С11.In Fig.14 shows the amplitude-frequency characteristics of the remote control of Fig.13 for different values of the capacitance of the correction capacitor Cn = C11.
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связаны с первой 4 шиной источников питания, первый 5 резистор коллекторной нагрузки, первый вывод которого соединен с выходом 6 устройства, коллектором второго 2 входного транзистора и коллектором первого 7 вспомогательного транзистора, второй 8 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 7 вспомогательного транзистора и первой 4 шиной источников питания, причем коллектор первого 1 входного транзистора связан со второй 9 шиной источников питания. Второй вывод резистора коллекторной нагрузки 5 соединен со второй 9 шиной источников питания через первый 10 дополнительный резистор и соединен с эмиттером первого 7 вспомогательного транзистора через первый 11 корректирующий конденсатор, причем база первого 7 вспомогательного транзистора связана с первой 12 цепью установления его статического режима.The differential amplifier of figure 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, the emitters of which are connected through the first 3 current-stabilizing two-terminal circuits to the first 4 bus of power supplies, the first 5 collector load resistor, the first output of which is connected to the
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в качестве первой 12 цепи установления статического режима используется база второго 2 входного транзистора, на которую могут подаваться разные опорные уровни напряжения U12=Uвх.2.3, in accordance with
На фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, база второго 2 входного транзистора связана с общей шиной 13 первого 4 и второго 9 источников питания.In Fig. 4, in accordance with
На фиг.5, в соответствии с п.4 формулы изобретения, коллектор первого 1 входного транзистора соединен со второй 9 шиной источников питания через последовательно соединенные второй 14 резистор коллекторной нагрузки и второй 15 дополнительный двухполюсник, общий узел которых через второй 16 корректирующий конденсатор соединен с эмиттером второго 17 вспомогательного транзистора, эмиттер второго 17 вспомогательного транзистора подключен к первой 4 шине источников питания через третий 18 токостабилизирующий двухполюсник, его коллектор соединен с коллектором первого 1 входного транзистора и вторым 19 выходом устройства, а база связана со второй 20 цепью установления статического режима.In Fig. 5, in accordance with
На фиг.6, в соответствии с п.5 формулы изобретения, в качестве первой 12 цепи установления статического режима используется база второго 2 входного транзистора, а в качестве второй 20 цепи установления статического режима - база первого 1 входного транзистора.In Fig.6, in accordance with
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.Consider the operation of the remote control of figure 2.
Предельный коэффициент усиления по напряжению дифференциального каскада фиг.1 при емкости конденсатора 11 (С11), равной нулю, определяется сопротивлением первого 5 резистора коллекторной нагрузки R5>>R10:The maximum voltage gain of the differential stage of FIG. 1 with a capacitor 11 (C 11 ) equal to zero is determined by the resistance of the first 5 collector load resistors R5 >> R10:
где S1-2=(rэ1+rэ2)-1 - крутизна усиления ДУ в режиме короткого замыкания по выходу, зависящая от сопротивлений эмиттерных переходов (rэ1, rэ2) транзисторов 1 и 2.where S 1-2 = (r e1 + r e2 ) -1 is the gain slope of the remote control in the output short circuit, depending on the resistance of the emitter junctions (r e1 , r e2 ) of
Покажем аналитически, что более высокие значения Ку в диапазоне средних частот реализуются в схеме фиг.2 при С1.Let us show analytically that higher values of K y in the range of medium frequencies are realized in the scheme of figure 2 at C 1 .
Действительно, комплексный коэффициент передачи по напряжению ДУ фиг.2 определяется по формуле:Indeed, the complex voltage transfer coefficient of the remote control of FIG. 2 is determined by the formula:
где - комплекс эквивалентного выходного импеданса узла «А»;Where - complex equivalent output impedance of the node "A";
- комплексная крутизна ДУ в режиме короткого замыкания выхода ДУ. - the integrated slope of the remote control in the short circuit mode of the remote control output.
Для ДУ фиг.2, в котором отсутствует корректирующая емкость 11, при условии, что R5>>R10:For the remote control of figure 2, in which there is no
Комплекс эквивалентной нагрузки можно найти по формуле:The equivalent load complex can be found by the formula:
где ,Where ,
- комплекс импеданса первого 11 корректирующего конденсатора; - impedance complex of the first 11 correction capacitor;
. .
После преобразований последней формулы находим, чтоAfter transformations of the last formula, we find that
Поэтому коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.2Therefore, the voltage gain of the remote control of FIG. 2
или при :or at :
Таким образом, выигрыш по Ку, который дает токовая ВЧ-коррекция в ДУ фиг.2Thus, the gain in K y , which gives the current RF correction in the control of FIG. 2
Если ω=0, то . В области высоких частот (когда ω→∞)If ω = 0, then . In the high-frequency region (when ω → ∞)
При этом модуль коэффициента ДУ фиг.1, характеризующего эффективность ВЧ-коррекции:In this case, the coefficient modulus DU figure 1, characterizing the effectiveness of RF correction:
График функции показан на фиг.8.Function graph shown in FIG.
Начиная с частоты f3, эффективность токовой ВЧ-коррекции уменьшается в связи с влиянием коэффициента , емкости коллектор-база транзисторов 2 и 7 и их емкостей на подложку.Starting from frequency f 3 , the efficiency of the current RF correction decreases due to the influence of the coefficient , collector-base capacitance of
В схеме ДУ фиг.3 статический режим транзистора 7 устанавливается таким же способом, как и у входного транзистора 2 - источником сигнала Uвх.2-U12.In the remote control circuit of FIG. 3, the static mode of the
В схеме ДУ фиг.4 роль первой 12 цепи установления статического режима выполняет общая шина 13 источников питания.In the remote control circuit of FIG. 4, the role of the first 12 circuit of establishing a static mode is played by a
Схемы фиг.5, фиг.6 и фиг.7 являются дифференциальными усилителями с двумя противофазными выходами, относительно которых обеспечивается предлагаемая ВЧ коррекция.The circuits of FIG. 5, FIG. 6 and FIG. 7 are differential amplifiers with two out-of-phase outputs, with respect to which the proposed RF correction is provided.
Графики фиг.10, фиг.11, фиг.14 соответствуют фиг.8. Они показывают высокое совпадение теоретической (фиг.8) и практических характеристик. При этом выигрыш по Ку в диапазоне средних частот ДУ, зависящем от численных значений емкости коррекции, достигает 18-22 дБ (т.е. более чем в 10 раз).The graphs of FIG. 10, FIG. 11, FIG. 14 correspond to FIG. They show a high agreement between the theoretical (Fig. 8) and practical characteristics. In this case, the gain in K y in the range of medium frequencies of the remote control, depending on the numerical values of the correction capacitance, reaches 18-22 dB (i.e., more than 10 times).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент США №4.027.272, fig.11. US patent No. 4.027.272, fig.1
2. Патент Японии JP 54-1042662. Japan Patent JP 54-104266
3. Патент Японии JP 54-844583. Japan Patent JP 54-84458
4. Патент Японии JP 54-844574. Japanese Patent JP 54-84457
5. Патент Японии JP 54-1042675. Japanese Patent JP 54-104267
6. Патент RU 17486116. Patent RU 1748611
7. Патентная заявка SU №2006/0186965, fig.27. Patent application SU No. 2006/0186965, fig.2
8. Патент Японии JP 54-1029498. Japanese Patent JP 54-102949
9. Патент США №4.536.7179. US Patent No. 4,536.717
10. Патент ES 2329183, fig.410. ES patent 2329183, fig. 4
11. Патент США №4.365.207, fig.211. US patent No. 4.365.207, fig.2
12. Патентная заявка WO/2002/04725712. Patent application WO / 2002/047257
13. Патентная заявка WO/2006/06845513. Patent application WO / 2006/068455
14. Патент Японии JP 51-11225314. Japan patent JP 51-112253
15. Патент США №3.366.889, fig.115. US Patent No. 3,366.889, fig. 1
16. Патентная заявка КР 200500451116. Patent application KR 2005004511
17. Патент США №4.689.579, fig.417. US Patent No. 4,689.579, fig. 4
18. Патент Японии JP 53-1705118. Japan patent JP 53-17051
19. Патент ЕР 2149989, fig.419. Patent EP 2149989, fig. 4
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010118688/09A RU2421879C1 (en) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | Differential amplifier with high-frequency compensation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010118688/09A RU2421879C1 (en) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | Differential amplifier with high-frequency compensation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2421879C1 true RU2421879C1 (en) | 2011-06-20 |
Family
ID=44738187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010118688/09A RU2421879C1 (en) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | Differential amplifier with high-frequency compensation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421879C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461957C1 (en) * | 2011-08-25 | 2012-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential stage with increased voltage gain |
RU2468501C1 (en) * | 2011-09-21 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2479115C1 (en) * | 2012-03-21 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2479112C1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2480894C1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2487466C1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier with paraphase output |
RU2515544C2 (en) * | 2012-07-31 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | LOW CURRENT CONSUMPTION SELECTIVE AMPLIFIER FOR SiGe TECHNOLOGICAL PROCESSES |
RU2517681C1 (en) * | 2012-12-04 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier with extended frequency band |
-
2010
- 2010-05-11 RU RU2010118688/09A patent/RU2421879C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461957C1 (en) * | 2011-08-25 | 2012-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential stage with increased voltage gain |
RU2468501C1 (en) * | 2011-09-21 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2480894C1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2487466C1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier with paraphase output |
RU2479115C1 (en) * | 2012-03-21 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2479112C1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2515544C2 (en) * | 2012-07-31 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | LOW CURRENT CONSUMPTION SELECTIVE AMPLIFIER FOR SiGe TECHNOLOGICAL PROCESSES |
RU2517681C1 (en) * | 2012-12-04 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier with extended frequency band |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2421879C1 (en) | Differential amplifier with high-frequency compensation | |
RU2428786C1 (en) | Cascode amplifier | |
RU2419197C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage | |
RU2393627C1 (en) | Broadband operational amplifier with differential output | |
RU2432669C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2421880C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2365969C1 (en) | Current mirror | |
RU2427071C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2421888C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2321156C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2423778C1 (en) | High-frequency compensation cascode differential amplifier | |
RU2422981C1 (en) | Differential ac amplifier | |
RU2475942C1 (en) | Broadband differential amplifier | |
RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
RU2432667C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2468503C1 (en) | Cascode amplifier | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2463703C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2421881C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2383099C2 (en) | Differential amplifier with low-resistance inputs | |
RU2320078C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit | |
RU2475946C1 (en) | Ac amplifier with antiphased current outputs |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130512 |