RU2507675C1 - Избирательный усилитель - Google Patents
Избирательный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507675C1 RU2507675C1 RU2012132336/08A RU2012132336A RU2507675C1 RU 2507675 C1 RU2507675 C1 RU 2507675C1 RU 2012132336/08 A RU2012132336/08 A RU 2012132336/08A RU 2012132336 A RU2012132336 A RU 2012132336A RU 2507675 C1 RU2507675 C1 RU 2507675C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- output transistor
- frequency
- transistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является повышение добротности амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса fo. Избирательный усилитель содержит источник входного напряжения, источник дополнительного питания, преобразователь «напряжение-ток», выходной и дополнительный транзисторы, два частото-задающих резистора, два токостабилизирующих двухполюсника, два корректирующих конденсатора. Выходной транзистор содержит коллектор, который через первый частото-задающий резистор связан с первой шиной источника питания. Выход преобразователя «напряжение-ток» соединен с коллектором выходного транзистора и через последовательно соединенные первый и второй корректирующие конденсаторы связан по переменному току с общей шиной источников питания. Общий узел первого и второго корректирующих конденсаторов через второй частотозадающий резистор соединен с выходом устройства и подключен к эмиттеру выходного транзистора. Эмиттер выходного транзистора через первый токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй шиной источника питания. База выходного транзистора соединена с эмиттером дополнительного транзистора и через второй токостабилизирующий двухполюсник соединена с первой шиной источника питания. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.
Description
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 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 корректирующими конденсаторами.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US 5.304.946, fig. 24. Он содержит источник входного напряжения 1, связанный со входом преобразователя «напряжение-ток» 2, выходной транзистор 3, коллектор которого через первый 4 частотозадающий резистор связан с первой 5 шиной источника питания, источник вспомогательного напряжения 6, второй 7 частотозадающий резистор, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, первый 9 и второй 10 корректирующие конденсаторы, вторую 11 шину источника питания.
Существенный недостаток известного ИУ-прототипа состоит в том, что он не обеспечивает высокую добротность
амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и коэффициент усиления по напряжению К0>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 со входом преобразователя «напряжение-ток» 2, выходной транзистор 3, коллектор которого через первый 4 частотозадающий резистор связан с первой 5 шиной источника питания, источник вспомогательного напряжения 6, второй 7 частотозадающий резистор, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, первый 9 и второй 10 корректирующие конденсаторы, вторую 11 шину источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - выход 12 преобразователя «напряжение-ток» 2 соединен с коллектором выходного транзистора 3 и через последовательно соединенные первый 9 и второй 10 корректирующие конденсаторы связан по переменному току с общей шиной источников питания 13, общий узел первого 9 и второго 10 корректирующих конденсаторов через второй 7 частотозадающий резистор соединен с выходом устройства 14 и подключен к эмиттеру выходного транзистора 3, эмиттер выходного транзистора 3 через первый 8 токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй 11 шиной источника питания, база выходного транзистора 3 соединена с эмиттером дополнительного транзистора 15 и через второй 16 токостабилизирующий двухполюсник соединена с первой 5 шиной источника питания, коллектор дополнительного транзистора 15 связан с эмиттером выходного транзистора 3, а его база подключена к источнику вспомогательного напряжения 6.
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.
На фиг.3 представлена схема заявляемого устройства с конкретным выполнением преобразователя «напряжение-ток» 2 в виде дифференциального каскада на элементах 17, 18 и 19.
На фиг.4 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.2 формулы изобретения.
На фиг.5 представлена схема ИУ фиг.2 без дополнительного усилителя тока 12 в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов. Здесь входной преобразователь 2 реализован на транзисторе Q3.
На фиг.6 показаны логарифмическая амплитудно-частотная (ЛАЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики ИУ фиг.5 в широком диапазоне частот от 1 кГц до 100 ГГц при Rvar=0, Cvar=700 фФ, Ivar=200 мкА.
На фиг.7 приведена зависимость добротности Q и резонансной частоты f0 ИУ фиг.5 от тока Ivar.
На фиг.8 показан ИУ фиг.4 с дополнительным усилителем тока 20 (Кi) в среде Cadence на модулях SiGe транзисторов.
На фиг.9 показаны ЛАЧХ и ФЧХ ИУ фиг.8 в широком диапазоне частот от 1 кГц до 100 ГГц при Rvar=0, Cvar=700 фФ, Ki=25, Ivar=50 мкА.
На фиг.10 приведена зависимость добротности Q ИУ фиг.8 от коэффициента передачи тока Ki дополнительного усилителя тока 20.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит источник входного напряжения 1, связанный со входом преобразователя «напряжение-ток» 2, выходной транзистор 3, коллектор которого через первый 4 частотозадающий резистор связан с первой 5 шиной источника питания, источник вспомогательного напряжения 6, второй 7 частотозадающий резистор, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, первый 9 и второй 10 корректирующие конденсаторы, вторую 11 шину источника питания. Выход 12 преобразователя «напряжение-ток» 2 соединен с коллектором выходного транзистора 3 и через последовательно соединенные первый 9 и второй 10 корректирующие конденсаторы связан по переменному току с общей шиной источников питания 13, общий узел первого 9 и второго 10 корректирующих конденсаторов через второй 7 частотозадающий резистор соединен с выходом устройства 14 и подключен к эмиттеру выходного транзистора 3, эмиттер выходного транзистора 3 через первый 8 токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй 11 шиной источника питания, база выходного транзистора 3 соединена с эмиттером дополнительного транзистора 15 и через второй 16 токостабилизирующий двухполюсник соединена с первой 5 шиной источника питания, коллектор дополнительного транзистора 15 связан с эмиттером выходного транзистора 3, а его база подключена к источнику вспомогательного напряжения 6.
На фиг.3 представлен избирательный усилитель фиг.2, в котором входной преобразователь «напряжение-ток» 2 реализован на транзисторах 17, 18 и источнике тока 19.
На фиг.4, в соответствии с п.2 формулы изобретения, коллектор дополнительного транзистора 15 связан с эмиттером выходного транзистора 3 через дополнительный усилитель тока 20 через токовое зеркало. В частном случае дополнительным выходом устройства может быть узел 21.
Рассмотрим работу схемы фиг.2.
Источник входного сигнала uвх (1) посредством входного преобразователя «напряжение-ток» 2 изменяет ток коллекторной цепи транзистора 3. Характер коллекторной нагрузки этого транзистора, образованной резисторами 4 и 7, а также конденсаторами 9 и 10 обеспечивает преобразование этого тока в ток резистора 7 выходной цепи ИУ. При этом наличие емкостного делителя, образованного конденсаторами 9 и 10, обеспечивает функциональную зависимость этого тока, соответствующую частотным характеристикам избирательного усилителя. Действительно, конденсатор 9 уменьшает этот ток в области нижних частот (f<f0), где f0 является частотой квазирезонанса ИУ, а конденсатор 10 уменьшает выходное напряжение в области верхних частот (f>f0). Таким образом, используемая коллекторная нагрузка обеспечивает необходимый вид амплитудно- и фазочастотных характеристик схемы ИУ. В силу этого действие контура обратной связи направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления К0 ИУ.
Комплексный коэффициент передачи ИУ, фиг.2, как отношение выходного напряжения (выход устройства 14) к входному напряжению uвх (1) определяется формулой, которую можно получить с помощью методов анализа электронных схем:
где f - частота входного сигнала;
f0 - частота квазирезонанса избирательного усилителя;
Q - добротность АЧХ избирательного усилителя;
К0 - коэффициент усиления ИУ на частоте квазирезонанса f0.
Причем
где С9, С10, R4, R7 - параметры элементов 9, 10, 4 и 7;
h11.i - h-параметр i-го транзистора в схеме с общей базой.
Добротность ИУ определяется формулой
где αi - коэффициент передачи по току эмиттера i-го транзистора;
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 входного преобразователя «напряжение-ток» 2.
Важной особенностью схемы является возможность реализации высокой добротности и оптимизации ее параметрической чувствительности. Оптимальным соотношением является равенство емкостей конденсаторов 9 и 10 (C9=C10). В этой связи необходимое максимальное значение добротности Q может быть обеспечено выбором оптимального соотношения сопротивлений резисторов 4 и 7.
Из соотношения (3) следует, что при реализации параметрического условия:
добротность ИУ принимает максимальное значение
Например, при α3≈α15≈0,99, Qmax=25, a без указанных в схеме специальных обратных связей эта величина не превышает 3,5.
При реализации более низких численных значений добротности Q в схеме ИУ возможна минимизация ее параметрической чувствительности при выполнении условия С9=С10. Тогда:
а ее параметрическая чувствительность глобально минимизируется:
Указанные возможности обеспечивают универсальность схемы заявляемого ИУ.
Представленное на фиг.4 развитие принципиальной схемы ИУ фиг.2 позволяет снять ограничение, входящее в соотношение (7). Действительно в этом случае:
где Кi - коэффициент усиления по току дополнительного усилителя тока 20.
Поэтому при выполнении параметрического условия
добротность схемы ИУ фиг.4 при сохранении параметрических чувствительностей (8) принимает значение
Кроме этого указанная модификация ИУ позволяет использовать условия равнономинальности (R4=R7). Тогда добротность:
Седовательно, выбором Кi можно реализовать заданную добротность ИУ фиг.4.
Представленные на фиг.6 и 7, а также фиг.9 и 10 результаты моделирования предлагаемых ИУ подтверждают указанные свойства заявляемых схем.
Таким образом, предлагаемые схемотехнические решения ИУ характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления Ко на частоте квазирезонанса f0, а также повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.
Литература
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 5.304.946 fig.22.
6. Патент US 7.113.043.
7. Патент US7.598.810.
8. Патентная заявка US 2005/0146389 fig.3.
9. Патентная заявка US 2008/0231369 fig.2.
10. Патент US 7.110.742 fig.5.
11. Патент US 6.515.547 fig.4a.
12. Патент US 7.633.344 fig.7.
13. Патент US 7.847.636 fig.4a.
14. Патент US7.786.807.
15. Патентная заявка US 20070296501.
16. Патентная заявка US 2008/0018403
17. Патент US 351.865
18. Патент US 7.737.790
19. Патент US 4.151.483 fig.2
20. Патентная заявка JP 2003011396
Claims (2)
1. Избирательный усилитель, содержащий источник входного напряжения (1), связанный со входом преобразователя «напряжение-ток» (2), выходной транзистор (3), коллектор которого через первый (4) частотозадающий резистор связан с первой (5) шиной источника питания, источник вспомогательного напряжения (6), второй (7) частотозадающий резистор, первый (8) токостабилизирующий двухполюсник, первый (9) и второй (10) корректирующие конденсаторы, вторую (11) шину источника питания, отличающийся тем, что выход (12) преобразователя «напряжение-ток» (2) соединен с коллектором выходного транзистора (3) и через последовательно соединенные первый (9) и второй (10) корректирующие конденсаторы связан по переменному току с общей шиной источников питания (13), общий узел первого (9) и второго (10) корректирующих конденсаторов через второй (7) частотозадающий резистор соединен с выходом устройства (14) и подключен к эмиттеру выходного транзистора (3), эмиттер выходного транзистора (3) через первый (8) токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй (11) шиной источника питания, база выходного транзистора (3) соединена с эмиттером дополнительного транзистора (15) и через второй (16) токостабилизирующий двухполюсник соединена с первой (5) шиной источника питания, коллектор дополнительного транзистора (15) связан с эмиттером выходного транзистора (3), а его база подключена к источнику вспомогательного напряжения (6).
2. Избирательный усилитель по п.1, отличающийся тем, что коллектор дополнительного транзистора (15) связан с эмиттером выходного транзистора (3) через дополнительный усилитель тока (20).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012132336/08A RU2507675C1 (ru) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Избирательный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012132336/08A RU2507675C1 (ru) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Избирательный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2507675C1 true RU2507675C1 (ru) | 2014-02-20 |
Family
ID=50113397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012132336/08A RU2507675C1 (ru) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Избирательный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507675C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566960C1 (ru) * | 2014-10-10 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5304946A (en) * | 1990-10-19 | 1994-04-19 | Hitachi, Ltd. | Amplifier circuit having an operation point maintaining input and output voltages constant even if a gain thereof is varied |
RU2210784C2 (ru) * | 2001-06-18 | 2003-08-20 | Сибирский государственный индустриальный университет | Частотный избиратель |
US20050146389A1 (en) * | 2004-01-06 | 2005-07-07 | Joseph Gwinn | Split cascode line amplifier for current-mode signal transmission |
US7113043B1 (en) * | 2004-06-16 | 2006-09-26 | Marvell International Ltd. | Active bias circuit for low-noise amplifiers |
RU2346388C1 (ru) * | 2008-02-01 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель |
US20090115529A1 (en) * | 2007-11-05 | 2009-05-07 | National Taiwan University | Power amplifier having input ends combined in series and output ends combined in series |
-
2012
- 2012-07-27 RU RU2012132336/08A patent/RU2507675C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5304946A (en) * | 1990-10-19 | 1994-04-19 | Hitachi, Ltd. | Amplifier circuit having an operation point maintaining input and output voltages constant even if a gain thereof is varied |
RU2210784C2 (ru) * | 2001-06-18 | 2003-08-20 | Сибирский государственный индустриальный университет | Частотный избиратель |
US20050146389A1 (en) * | 2004-01-06 | 2005-07-07 | Joseph Gwinn | Split cascode line amplifier for current-mode signal transmission |
US7113043B1 (en) * | 2004-06-16 | 2006-09-26 | Marvell International Ltd. | Active bias circuit for low-noise amplifiers |
US20090115529A1 (en) * | 2007-11-05 | 2009-05-07 | National Taiwan University | Power amplifier having input ends combined in series and output ends combined in series |
RU2346388C1 (ru) * | 2008-02-01 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566960C1 (ru) * | 2014-10-10 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2479112C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2507675C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2488955C1 (ru) | Избирательный усилитель на основе неинвертирующего усилителя тока | |
RU2467469C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2519558C2 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2488953C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2520418C2 (ru) | Управляемый избирательный усилитель | |
RU2519006C2 (ru) | Избирательный усилитель свч диапазона | |
RU2475943C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2480896C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2543298C2 (ru) | Управляемый избирательный усилитель | |
RU2467471C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2507676C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2515544C2 (ru) | ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С МАЛЫМ ТОКОМ ПОТРЕБЛЕНИЯ ДЛЯ SiGe ТЕХПРОЦЕССОВ | |
RU2519035C1 (ru) | Управляемый избирательный усилитель | |
RU2485673C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2566960C1 (ru) | Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот | |
RU2519446C2 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2487466C1 (ru) | Избирательный усилитель с парафазным выходом | |
RU2480895C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2485675C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468506C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475939C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2465718C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2517681C1 (ru) | Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140728 |