RU2519419C1 - Broadband voltage repeater - Google Patents
Broadband voltage repeater Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519419C1 RU2519419C1 RU2013107430/08A RU2013107430A RU2519419C1 RU 2519419 C1 RU2519419 C1 RU 2519419C1 RU 2013107430/08 A RU2013107430/08 A RU 2013107430/08A RU 2013107430 A RU2013107430 A RU 2013107430A RU 2519419 C1 RU2519419 C1 RU 2519419C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- terminal
- current
- main output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в различных аналоговых устройствах на полевых и биполярных транзисторах в качестве выходного (буферного) усилителя.The present invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used in various analog devices on field and bipolar transistors as an output (buffer) amplifier.
Базовым узлом современных аналоговых устройств является широкополосный повторитель напряжения (ШПН), который реализуется как схема с общим стоком (на полевых) или как схема с общим коллектором на биполярных транзисторах. Данная структура (фиг.1) [1-25] широко используется как в аналоговых (класс H03F), так и в цифровых (класс H03K) устройствах. В последнем случае ШПН выполняет функции драйвера - каскада управления линиями связи или согласующей цепи. Как правило, нагрузка известных ШПН [1-25] содержит активное сопротивление RH и емкость Сн, отрицательно влияющую на малосигнальный диапазон рабочих частот и быстродействие при импульсном изменении входного сигнала большой амплитуды.The basic unit of modern analog devices is a broadband voltage follower (SPN), which is implemented as a circuit with a common drain (in the field) or as a circuit with a common collector on bipolar transistors. This structure (Fig. 1) [1-25] is widely used both in analog (class H03F) and digital (class H03K) devices. In the latter case, the tap-changer acts as a driver — a cascade for controlling communication lines or a matching circuit. As a rule, the load of the known SCNs [1-25] contains the active resistance R H and the capacitance C n , which negatively affects the low-signal range of operating frequencies and the speed with a pulse change in the input signal of large amplitude.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является классический повторитель напряжения, описанный в патенте US 6.043.690 fig.1. Он содержит входной транзистор 1, управляющий вывод которого 2 (затвор) связан с источником входного сигнала 3, инжектирующий вывод 4 (исток) подключен к первой 5 шине источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 6 и соединен с основным выходом устройства 7, а собирающий заряды вывод 8 (сток) связан со второй 9 шиной источника питания, причем основной выход устройства 7 зашунтирован по переменному току эквивалентным, как правило, паразитным конденсатором нагрузки 10.The closest prototype of the claimed device is a classic voltage follower, described in patent US 6.043.690 fig.1. It contains an
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно имеет сравнительно узкий диапазон рабочих частот для малого сигнала, который определяется постоянной времени цепи нагрузки (τв).A significant disadvantage of the known device is that it has a relatively narrow range of operating frequencies for a small signal, which is determined by the time constant of the load circuit (τ in ).
Действительно, в первом приближении верхняя граничная частота fв (по уровню -3 дБ) классического ШПН фиг.1 не лучше чемIndeed, in a first approximation, the upper cutoff frequency f in (at the level of -3 dB) of the classical tap-changer of Fig. 1 is not better than
где τв - постоянная времени цепи нагрузки. Причемwhere τ in - time constant of the load circuit. Moreover
где S - крутизна входного полевого транзистора ШПН-прототипа фиг.1;where S is the slope of the input field-effect transistor of the tap-type prototype of figure 1;
Rн - эквивалентное сопротивление нагрузки;R n - equivalent load resistance;
Cн - эквивалентная емкость нагрузки. Основная задача предлагаемого изобретения - расширение диапазона рабочих частот ШПН при наличии емкости на выходе Сн, которая не может быть уменьшена по объективным причинам - является неотъемлемой частью цепи нагрузки, например, пьезокерамического преобразователя и т.п.C n - equivalent load capacity. The main objective of the invention is the expansion of the range of operating frequencies of the tap-changer in the presence of a capacitance at the output C n , which cannot be reduced for objective reasons, is an integral part of the load circuit, for example, a piezoceramic transducer, etc.
Дополнительная задача - уменьшение времени установления переходного процесса при импульсном изменении входного напряжения.An additional task is to reduce the time it takes to establish a transient process with a pulse change in input voltage.
Поставленная задача достигается тем, что в широкополосном повторителе напряжения фиг.1, содержащем входной транзистор 1, управляющий вывод которого 2 связан с источником входного сигнала 3, инжектирующий вывод 4 подключен к первой 5 шине источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 6 и соединен с основным выходом устройства 7, а собирающий заряды вывод 8 связан со второй 9 шиной источника питания, причем основной выход устройства 7 зашунтирован по переменному току эквивалентным конденсатором нагрузки 10, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный повторитель напряжения 11, вход которого соединен с основным выходом устройства 7, выход связан с дополнительным выходом 12 устройства и через корректирующий конденсатор 13 соединен со входом дополнительного неинвертирующего повторителя тока 14, токовый выход которого связан с основным выходом устройства 12.This object is achieved in that in the broadband voltage follower of FIG. 1, containing an
На чертеже фиг.1 приведена схема ШПН-прототипа.In the drawing of figure 1 shows a diagram of the BPC prototype.
На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.The drawing of figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На чертеже фиг.3 представлена схема заявляемого широкополосного повторителя напряжения фиг.2 на полевом транзисторе в среде компьютерного моделирования Cadence.The drawing of figure 3 presents a diagram of the inventive broadband voltage follower of figure 2 on a field effect transistor in a computer simulation environment Cadence.
На чертеже фиг.4 представлены логарифмические амплитудно-частотные характеристики коэффициента усиления по напряжению (Ку≤1) ШПН фиг.3 при разных значениях емкости корректирующего конденсатора 13 (фиг.2). Из данных графиков следует, что диапазон рабочих частот заявляемого устройства расширяется до 6,4 ГГц, в то время как верхняя граничная частота ШПН-прототипа (по уровню -3 дБ) имеет значение 44 МГц.The drawing of figure 4 presents the logarithmic amplitude-frequency characteristics of the voltage gain (K y ≤1) of the tap-changer of figure 3 for different values of the capacitance of the correction capacitor 13 (figure 2). From these graphs it follows that the operating frequency range of the inventive device extends to 6.4 GHz, while the upper cut-off frequency of the CAP prototype (at -3 dB) has a value of 44 MHz.
На чертеже фиг.5 представлен переходной процесс выходного напряжения ШПН фиг.3 при нарастании входного импульса с амплитудой 1 В и показаны значения времени установления переходного процесса (tуст.нар.) на выходе ШПН фиг.3 при изменении емкости корректирующего конденсатора 13 (Ск). Данные графики показывают, что в предлагаемой схеме фиг.3 быстродействие увеличивается до 47,5 пс, что в 138 раз лучше, чем в ШПН-прототипе.The drawing of Fig. 5 shows the transient process of the output voltage of the tap-changer of Fig. 3 when the input pulse rises with an amplitude of 1 V and shows the values of the transient establishment time (t set ) on the tap-changer output of Fig. 3 when the capacitance of the correction capacitor 13 (Sk ) These graphs show that in the proposed scheme of figure 3, the speed increases to 47.5 ps, which is 138 times better than in the CAP prototype.
На чертеже фиг.6 показан переходной процесс ШПН фиг.3 при спадающем входном импульсе и приведены значения времени установления переходного процесса (tycт.спад.) на выходе ШПН при разных значениях емкости корректирующего конденсатора 13 (Ск).The drawing of Fig. 6 shows the transient process of the tap-changer of Fig. 3 with a decreasing input pulse and shows the values of the transient settling time (t yst.dec .) At the tap-changer output at different values of the capacitance of the correction capacitor 13 (Ck).
На чертеже фиг.7 представлена схема заявляемого устройства фиг.2 на биполярном p-n-p транзисторе в соответствии с п.3 формулы изобретения.The drawing of Fig.7 shows a diagram of the inventive device of Fig.2 on a bipolar p-n-p transistor in accordance with
Схема на чертеже фиг.8 реализована на p-n-p составном транзисторе 1, который включает биполярный транзистор 16 и резистор 17.The circuit in the drawing of FIG. 8 is implemented on a
Широкополосный повторитель напряжения фиг.2 содержит входной транзистор 1, управляющий вывод которого 2 связан с источником входного сигнала 3, инжектирующий вывод 4 подключен к первой 5 шине источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 6 и соединен с основным выходом устройства 7, а собирающий заряды вывод 8 связан со второй 9 шиной источника питания, причем основной выход устройства 7 зашунтирован по переменному току эквивалентным конденсатором нагрузки 10. В схему введен дополнительный повторитель напряжения 11, вход которого соединен с основным выходом устройства 7, выход связан с дополнительным выходом 12 устройства и через корректирующий конденсатор 13 соединен со входом дополнительного неинвертирующего повторителя тока 14, токовый выход которого связан с основным выходом устройства 12.The broadband voltage follower of FIG. 2 contains an
На чертеже фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в качестве входного транзистора 1 используется полевой транзистор, затвор которого соответствует управляющему выводу 2, исток - инжектирующему выводу 4, а сток - собирающему заряды выводу 8 входного транзистора 1.In the drawing of FIG. 2, in accordance with
На чертеже фиг.7, в соответствии с п.3 формулы изобретения, в качестве входного транзистора 1 используется биполярный n-p-n транзистор, база которого соответствует управляющему выводу 2, эмиттер - инжектирующему выводу 4, а коллектор - собирающему заряды выводу 8 входного транзистора 1.In the drawing of Fig. 7, in accordance with
Схема на чертеже фиг.8 реализована на p-n-p составном транзисторе 1, который включает биполярный транзистор 16 и резистор 17.The circuit in the drawing of FIG. 8 is implemented on a
Рассмотрим работу схемы фиг.2.Consider the operation of the circuit of figure 2.
Статический режим входного транзистора 1 устанавливается в частном случае двухполюсником 6. Дополнительный повторитель напряжения 11 и дополнительный неинвертирующий повторитель тока 14 в этом случае не влияют на статику схемы.The static mode of the
Изменение входного напряжения передается в цепь нагрузкиInput voltage change transmitted to the load circuit
где
Rн.экв=R15 - эквивалентное сопротивление нагрузки;Rn.ekv = R15 - equivalent load resistance;
S1 - крутизна входного (полевого) транзистора (или
Напряжение
передается на выход дополнительного повторителя напряжения 11, что создает входной (
где
В линейном режиме для комплексов входного ( ) и выходного ( ) напряжений ШПН можно записать следующие уравнения:In linear mode for input complexes ( ) and output ( ) of the voltage of the tap-changer, the following equations can be written
где
S1 - крутизна полевого транзистора 1;S1 is the slope of the
В результате решения уравнений (6)-(9) можно получить, что в заявляемой схеме ШПУ комплексный коэффициент передачи по напряжениюAs a result of solving equations (6) - (9), it can be obtained that in the claimed circuit of the silos, the complex voltage transfer coefficient
где
Если обеспечить
Следовательно, при первом приближении емкости конденсаторов 13 и 10 должны удовлетворять условию C13≤C10.Therefore, with a first approximation, the capacitances of the
Таким образом, в заявляемой схеме создаются условия для существенного расширения малосигнального диапазона рабочих частот, который на практике будет определяться (и ограничиваться) инерционностью дополнительного неинвертирующего усилителя тока 14 и дополнительного повторителя напряжения 11. Однако, эти функциональные узлы могут быть выполнены на более высокочастотных (чем полевые) биполярных транзисторах, так как для их построения не требуется иметь высокие входные сопротивления и другие свойства, которые недопустимы для входного транзистора 1 (малый уровень шумов, близкая к нулю входная проводимость, широкий диапазон линейной работы и т.п.).Thus, in the claimed circuit, conditions are created for a significant expansion of the low-signal range of operating frequencies, which in practice will be determined (and limited) by the inertia of the additional non-inverting
Выполненный выше анализ, а также результаты компьютерного моделирования показывают, что в заявляемой схеме решена одна из проблем современной аналоговой микросхемотехники - расширение частотного диапазона истоковых (эмиттерных) повторителей напряжения при малом входном сигнале.The analysis performed above, as well as the results of computer simulations show that in the claimed circuit one of the problems of modern analog microcircuitry is solved - expanding the frequency range of the source (emitter) voltage followers with a small input signal.
Кроме этого, как следует из графиков фиг.5, фиг.6, в заявляемой схеме при емкостной нагрузке существенно повышается быстродействие в режиме большого сигнала - время установления переходного процесса и скорость нарастания выходного напряжения улучшаются в десятки - сотни раз.In addition, as follows from the graphs of Fig. 5, Fig. 6, in the inventive circuit, with capacitive load, the response speed in the large signal mode is significantly increased - the time of establishment of the transient process and the slew rate of the output voltage improve by tens to hundreds of times.
Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества по диапазону рабочих частот (на малом сигнале) и быстродействию (при импульсном изменении входного напряжения).Thus, the claimed device has significant advantages in the range of operating frequencies (on a small signal) and speed (with a pulse change in the input voltage).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент US 6.919.743 fig.91. Patent US 6.919.743 fig. 9
2. Патент US 7.898.339 fig.42. Patent US 7.898.339 fig. 4
3. Патент US 6.727.729 fig.5B3. US patent 6.727.729 fig.5B
4. Патент US 7.733.182 fig.14. US patent 7.733.182 fig. 1
5. Патент US 6.043.690 fig.1, fig.25. Patent US 6.043.690 fig. 1, fig. 2
6. Патент US 3.678.402 fig.2, fig.76. Patent US 3.678.402 fig. 2, fig. 7
7. Патент US 4.855.625 fig.17. Patent US 4.855.625 fig. 1
8. Патент US 5.469.085 fig.28. Patent US 5.469.085 fig.2
9. Патент US 4.492.932 fig.4a9. Patent US 4,492,932 fig. 4a
10. Патент US 4.092.70110. Patent US 4.092.701
11. Патент US 4.698.526 fig.211. Patent US 4.698.526 fig.2
12. Патент US 6.469.562 fig.A, fig.2A12. US Pat. No. 6,469,562 fig.A, fig.2A
13. Патент US 6.154.58013. US Patent 6.154.580
14. Патент US 8.248.16114. Patent US 8.248.161
15. Патент US 7.304.54015. Patent US 7.304.540
16. Патент US 7.944.303 fig.116. Patent US 7.944.303 fig. 1
17. Патент US 8.148.962 fig.217. Patent US 8.148.962 fig.2
18. Патент US 4.123.723 fig.2, fig.318. US Pat. No. 4,123,723 fig. 2, fig. 3
19. Патент US 5.083.095 fig.419. Patent US 5.083.095 fig. 4
20. Патент US 5.045.80820. Patent US 5.045.808
21. Патент US 4.101.788 fig.221. Patent US 4.101.788 fig.2
22. Патент US 3.436.67222. Patent US 3.436.672
23. Патент US 4.168.47123. Patent US 4.168.471
24. Патент 5.365.1924. Patent 5.365.19
25. Патент US 5.666.070.25. Patent US 5.666.070.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013107430/08A RU2519419C1 (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Broadband voltage repeater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013107430/08A RU2519419C1 (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Broadband voltage repeater |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2519419C1 true RU2519419C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013107430/08A RU2519419C1 (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Broadband voltage repeater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2519419C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU280552A1 (en) * | Ю. В. Визир Одесский электротехнический институт | VOLTAGE REPEATER | ||
US3805146A (en) * | 1972-02-10 | 1974-04-16 | Imp Metal Ind Kynoch Ltd | Voltage follower with matched field effect transistors and matched current amplifying transistors for capacitor charging |
SU1022287A1 (en) * | 1981-05-04 | 1983-06-07 | Ульяновский политехнический институт | Broad-band voltage repeater |
SU1665500A2 (en) * | 1988-11-15 | 1991-07-23 | Московский Инженерно-Физический Институт | Voltage follower |
RU2078397C1 (en) * | 1992-04-20 | 1997-04-27 | Шахтинский Технологический Институт Бытового Обслуживания | Voltage repeater |
US20120313708A1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-12-13 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Method and apparatus for automatically adjusting the bandwidth of an electronic amplifier |
-
2013
- 2013-02-19 RU RU2013107430/08A patent/RU2519419C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU280552A1 (en) * | Ю. В. Визир Одесский электротехнический институт | VOLTAGE REPEATER | ||
US3805146A (en) * | 1972-02-10 | 1974-04-16 | Imp Metal Ind Kynoch Ltd | Voltage follower with matched field effect transistors and matched current amplifying transistors for capacitor charging |
SU1022287A1 (en) * | 1981-05-04 | 1983-06-07 | Ульяновский политехнический институт | Broad-band voltage repeater |
SU1665500A2 (en) * | 1988-11-15 | 1991-07-23 | Московский Инженерно-Физический Институт | Voltage follower |
RU2078397C1 (en) * | 1992-04-20 | 1997-04-27 | Шахтинский Технологический Институт Бытового Обслуживания | Voltage repeater |
US20120313708A1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-12-13 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Method and apparatus for automatically adjusting the bandwidth of an electronic amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103888127A (en) | Input buffer for improving linearity | |
RU2472210C1 (en) | Generator of hyperchaotic oscillations | |
De Marcellis et al. | A novel low-voltage low-power fully differential voltage and current gained CCII for floating impedance simulations | |
RU2519419C1 (en) | Broadband voltage repeater | |
RU2566954C1 (en) | Selective amplifier based on planar inductance with low q-factor | |
US20180175827A1 (en) | Low-pass filter with super source follower and transmission zero controlling method | |
RU2479112C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2625520C1 (en) | Chaotic oscillator | |
RU2530263C1 (en) | Quick-acting source voltage repeater | |
Singh et al. | High frequency flipped voltage follower with improved performance and its application | |
RU2568317C1 (en) | Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals | |
RU2519563C2 (en) | Composite transistor | |
RU2523947C1 (en) | Output stage of power amplifier based on complementary transistors | |
RU2536671C1 (en) | Quick-acting source voltage follower | |
Filanovsky et al. | Source follower: A misunderstood humble circuit | |
RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
RU2568780C1 (en) | Cascade amplifier with expanded range of working frequencies | |
RU2571402C1 (en) | Selective microwave amplifier based on low q-factor planar inductor | |
RU2571369C1 (en) | Cascode amplifier with extended frequency band | |
RU2515538C1 (en) | Broadband amplifier based on common base (or common emitter) stage | |
RU2517681C1 (en) | Selective amplifier with extended frequency band | |
RU2572376C1 (en) | Cascode amplifier with extended operating bandwidth | |
RU2673003C1 (en) | Buffer amplifier with differentiating chain of correction of transition process | |
Wu et al. | Design of amplifiers with high gain accuracy and high linearity | |
RU2475948C1 (en) | Selective amplifier |