RU2380824C1 - Alternating current amplifier with controlled amplification - Google Patents
Alternating current amplifier with controlled amplification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2380824C1 RU2380824C1 RU2008134979/09A RU2008134979A RU2380824C1 RU 2380824 C1 RU2380824 C1 RU 2380824C1 RU 2008134979/09 A RU2008134979/09 A RU 2008134979/09A RU 2008134979 A RU2008134979 A RU 2008134979A RU 2380824 C1 RU2380824 C1 RU 2380824C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- input transistor
- statistical mode
- controlled amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве широкополосного усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления (uy). Такие устройства применяются в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, системах автоматической регулировки усиления, аналоговых перемножителях сигналов и т.д.The present invention relates to the field of radio engineering and communications and can be used as a broadband amplifier, the voltage transfer coefficient of which depends on the level of the control signal (u y ). Such devices are used in the structure of analog microcircuits of various functional purposes, automatic gain control systems, analog signal multipliers, etc.
В настоящее время в аналоговой микросхемотехнике в составе входных каскадов операционных усилителей, перемножителей двух напряжений, высоколинейных преобразователей "напряжение-ток" широкое применение находит усилитель переменного тока на базе дифференциального каскада, содержащего входные транзисторы, между эмиттерами которых включен маштабирующий резистор (фиг.1). Такая структура стала основой для построения практически всех известных в настощее время аналоговых перемножителей сигналов на основе дифференциальных каскадов и инструментальных усилителей как отечественных, так и зарубежных производителей аналоговых микросхем [1-15].Currently, in analog microcircuit technology as part of input stages of operational amplifiers, multipliers of two voltages, highly linear voltage-current converters, an AC amplifier based on a differential stage containing input transistors between which emitters includes a scaling resistor is widely used (Fig. 1) . Such a structure has become the basis for the construction of almost all analogue signal multipliers currently known on the basis of differential stages and instrumental amplifiers of both domestic and foreign manufacturers of analogue microcircuits [1-15].
В рамках собственных программ развития ряд ведущих микроэлектронных фирм, в т.ч. российских, начинает использовать технологическое оборудование для 0,25 мкм SiGe-технологии, способное в рамках единого цикла изготовить высококачественные гетеропереходы. Это позволяет реализовать субмикронные транзисторы Х диапазона, а также использовать экономичные режимы для СВЧ интегральных схем относительно высокого уровня интеграции. Однако SiGe-технология накладывает дополнительные и существенные для схемотехники аналоговых микросхем ограничения, выражающиеся в невозможности использования комплементарных транзисторов и относительно низковольтных режимов их работы (Uкэ.max=1÷2,9 В). Создание схемотехники IP блоков для SiGe технологии является (наряду с ее освоением) важнейшей задачей для зарубежных и отечественных центров проектирования аналоговых микросхем.Within its development programs, a number of leading microelectronic companies, including Russian, begins to use technological equipment for 0.25 μm SiGe technology, capable of producing high-quality heterojunctions within a single cycle. This allows you to implement submicron transistors of the X range, as well as use the economical modes for microwave integrated circuits with a relatively high level of integration. However, the SiGe technology imposes additional and essential limitations for analog microcircuitry, expressed in the impossibility of using complementary transistors and relatively low-voltage modes of their operation (U ke.max = 1 ÷ 2.9 V). The creation of IP block circuitry for SiGe technology is (along with its development) the most important task for foreign and domestic centers for the design of analog microcircuits.
Последние несколько лет источники питания с напряжением 5 В вытесняются более низковольтными. Требования к уменьшению рассеиваемой мощности и уменьшению числа батарей в таких приложениях, как беспроводные устройства связи и персональные компьютеры, привели к снижению напряжения питания в цифровых устройствах до уровня 1,5 В. Эта тенденция реализована в современных SiGe транзисторах, которые сконструированы так, чтобы обеспечить максимальную частоту среза (f1) в компромиссе с напряжением пробоя (Uпp). Для кремниевых SiGe транзисторов существует следующее фундаментальное ограничение: f1×Uпр≈const.Over the past few years, 5 V power supplies have been superseded by lower voltage ones. Requirements to reduce power dissipation and reduce the number of batteries in applications such as wireless communication devices and personal computers have led to a decrease in the supply voltage in digital devices to 1.5 V. This trend is implemented in modern SiGe transistors, which are designed to provide maximum cutoff frequency (f 1 ) in compromise with breakdown voltage (U pp ). For silicon SiGe transistors, there is the following fundamental limitation: f 1 × U pr ≈const.
Таким образом, малые размеры транзисторов, обеспечивающие высокие значения f1 (до 200 ГГц), привели к снижению напряжения питания СВЧ микросхем до 1,2÷1,5 В.Thus, the small size of the transistors, providing high values of f 1 (up to 200 GHz), has led to a decrease in the supply voltage of microwave circuits to 1.2 ÷ 1.5 V.
В этой связи для многих ВЧ и СВЧ применений оказываются перспективными схемы усилителей переменного тока с резистором местной обратной связи (фиг.1, [1÷15]), в которых предельное минимальное напряжение питания может достигать величины ± (1÷1,5) В. Заявляемый УПТ относится к этому классу устройств.In this regard, for many HF and microwave applications, AC amplifier circuits with a local feedback resistor are promising (Fig. 1, [1 ÷ 15]), in which the maximum minimum supply voltage can reach ± (1 ÷ 1.5) V The inventive UPT refers to this class of devices.
Ближайшим прототипом является усилитель переменного тока (УПТ), описанный в патенте США №4511852, fig.3, содержащий первый входной транзистор 1, эмиттер которого соединен с первым 2 выходом цепи установления статистического режима 3, второй 4 входной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 5 выходом цепи установления статистического режима 3, двухполюсник нагрузки 6, связанный с коллектором второго 4 входного транзистора и выходом 7 управляемого усилителя, первый 8 вход управляемого усилителя, связанный с базой первого 1 входного транзистора и источником сигнала 9, второй 10 вход управляемого усилителя, связанный с базой второго 4 входного транзистора.The closest prototype is an AC amplifier (USP), described in US patent No. 4511852, fig.3, containing the
Существенный недостаток известного усилителя состоит в том, что он не имеет специального входа «У» для электронного управления коэффициентом усиления на переменном токе, «привязанного» к общей шине источников питания. Это существенно сужает область его использования, не позволяет реализовывать на его основе адаптивные функциональные узлы систем на кристалле, например СВЧ усилители систем связи.A significant disadvantage of the known amplifier is that it does not have a special input "U" for electronic control of the gain on alternating current, "tied" to a common bus of power sources. This significantly narrows the scope of its use, does not allow implementing on its basis adaptive functional units of systems on a chip, for example, microwave amplifiers of communication systems.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в создании условий для электронного управления коэффициентом усиления по напряжению УПТ. При этом управляющее напряжение Uy так же, как и сигнал Uвх, должны подаваться относительно общей шины источников питания. Реализация этой цели позволяет выполнять на базе заявляемого устройства не только широкополосные ВЧ и СВЧ усилители с регулируемыми параметрами, но создавать на его основе более сложные функциональные узлы, например аналоговые перемножители сигналов.The main objective of the invention is to create the conditions for electronic control of the voltage gain of the CTF. In this case, the control voltage U y as well as the signal U I must be supplied relative to the common bus power sources. The implementation of this goal allows you to perform on the basis of the claimed device not only broadband RF and microwave amplifiers with adjustable parameters, but to create on its basis more complex functional units, for example analog signal multipliers.
Поставленная цель достигается тем, что в усилителе переменного тока (фиг.1), содержащем первый входной транзистор 1, эмиттер которого соединен с первым 2 выходом цепи установления статистического режима 3, второй 4 входной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 5 выходом цепи установления статистического режима 3, двухполюсник нагрузки 6, связанный с коллектором второго 4 входного транзистора и выходом 7 управляемого усилителя, первый 8 вход управляемого усилителя, связанный с базой первого 1 входного транзистора и источником сигнала 9, второй 10 вход управляемого усилителя, связанный с базой второго 4 входного транзистора, предусмотрены новые элементы и связи - между первым выходом 2 цепи установления статистического режима 3 и шиной источника питания включен дополнительный конденсатор 14, коллектор первого 1 входного транзистора соединен с выходом 7 управляемого усилителя, а второй 10 вход управляемого усилителя связан с источником управляющего напряжения 15.This goal is achieved by the fact that in the AC amplifier (Fig. 1) containing the
На фиг.1 показана схема УПТ-прототипа, а на фиг.2 - схема заявляемого ДУ в соответствии с п. 1 формулы изобретения.Figure 1 shows a diagram of the UPT prototype, and figure 2 is a diagram of the claimed remote control in accordance with
На фиг.3, а также фиг.2 представлены частные варианты построения цепи установления статического режима 3.Figure 3, as well as figure 2 presents particular options for constructing a circuit establishing a
На фиг.4 приведена схема УНТ фиг.2 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар». Результаты ее моделирования показаны на фиг.5-6:Figure 4 shows a diagram of the CNT of figure 2 in the environment of computer simulation PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar. The results of its modeling are shown in FIGS. 5-6:
- зависимость коэффициента усиления по напряжению Кu от частоты при разных значениях напряжения управления Uy (фиг.5);- the dependence of the gain on the voltage K u from the frequency at different values of the control voltage U y (figure 5);
- зависимость коэффициента усиления по напряжению Кu от напряжения управления Uy.- the dependence of the gain on the voltage To u from the control voltage U y .
Усилитель переменного тока фиг.2 содержит первый входной транзистор 1, эмиттер которого соединен с первым 2 выходом цепи установления статистического режима 3, второй 4 входной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 5 выходом цепи установления статистического режима 3, двухполюсник нагрузки 6, связанный с коллектором второго 4 входного транзистора и выходом 7 управляемого усилителя, первый 8 вход управляемого усилителя, связанный с базой первого 1 входного транзистора и источником сигнала 9, второй 10 вход управляемого усилителя, связанный с базой второго 4 входного транзистора. Между первым выходом 2 цепи установления статического режима 3 и шиной источника питания включен дополнительный конденсатор 14, коллектор первого 1 входного транзистора соединен с выходом 7 управляемого усилителя, а второй 10 вход управляемого усилителя связан с источником управляющего напряжения 15.The AC amplifier of FIG. 2 comprises a
На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, цепь установления статистического режима (3) содержит первый токостабилизирующий двухполюсник (11), соединенный с первым (2) выходом цепи установления статистического режима (3), второй (12) токостабилизирующий двухполюсник (12), соединенный со вторым (5) выходом цепи установления статистического режима (3) и первый дополнительный резистор (13), включенный между первым (11) и вторым (12) токостабилизирующим двухполюсником.In Fig.2, in accordance with
На фиг.3, в соответствии с п.3 формулы изобретения, цепь установления статистического режима (3) содержит второй токостабилизирующий двухполюсник (16), соединенный с первым (2) выходом цепи установления статистического режима (3) через второй дополнительный резистор (17) и вторым (5) выходом цепи установления статического режима (3) через третий дополнительный резистор (18).In figure 3, in accordance with
Рассмотрим работу заявляемого УПТ фиг.2.Consider the operation of the claimed UPT figure 2.
В статическом режиме, когда напряжение управления равно нулю (uy=0), эмиттерные и коллекторные токи фиг.2 устанавливаются двухполюсниками 11 и 12 подсхемы 3. При этомIn the static mode, when the control voltage is zero (u y = 0), the emitter and collector currents of figure 2 are set by two-
где Iк1, Iк4 - коллекторные токи транзисторов 1 и 4;where I k1 , I k4 - collector currents of
I11, I12 - токи двухполюсников 11 и 12, входящих в структуру цепи установления статического режима 3.I 11 , I 12 - currents of two-
Емкость конденсатора 14 выбирается такой, чтобы во всем частотном диапазоне ωх сигнала uвх выполнялось неравенствоThe capacitance of the capacitor 14 is chosen such that in the entire frequency range ω x of the signal u I the inequality
где ωх - частота сигнала по каналу «X»;where ω x is the frequency of the signal on the channel "X";
rэ1 - сопротивление эмиттерного перехода транзистора 1;r e1 is the resistance of the emitter junction of the
φт≈26 мВ - температурный потенциал.φ t ≈26 mV - temperature potential.
Поэтому коэффициент усиления по напряжениюTherefore, the voltage gain
где Rн.экв - эквивалентное сопротивление нагрузки.where R n.eq - equivalent load resistance.
Если напряжение на управляемом входе 10 (uy) увеличивается, то это приводит к появлению тока через резистор 13If the voltage at the controlled input 10 (u y ) increases, then this leads to the appearance of current through
Приращение передается, с одной стороны, на выход 7 через транзистор 4, а с другой в противофазе - через транзистор 1. Если во всем диапазоне частот ωy сигнала Increment is transmitted, on the one hand, to output 7 through a
uy выполняется неравенствоu y the inequality
то все приращение практически без потерь поступает на выход 7 и компенсирует составляющую коллекторного тока . В результате на выходе 7 обеспечивается полное подавление сигнала управления Uy. Как следствие, уровень постоянной составляющей выходного напряжения не изменяется, что позволяет применять непосредственную связь между каскадами.then the whole increment almost losslessly goes to output 7 and compensates for the component of the collector current . As a result, the
Изменение под действиемChange Under the influence
uy>0 увеличивает сопротивление эмиттерного перехода транзистора 1, что в соответствии с (3) уменьшает Кu:u y > 0 increases the resistance of the emitter junction of the
Представленные на фиг.5 и фиг.6 графики показывают, что Кu заявляемого УПТ при выбранных сопротивлениях резисторов нагрузки изменяются в диапазоне 0÷70. На базе заявляемого УПТ реализуются также схемы аналоговых перемножителей переменных напряжений.The graphs presented in FIG. 5 and FIG. 6 show that K u of the claimed CTF at the selected resistances of the load resistors vary in the
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. М.Херпи. Аналоговые интегральные схемы. М.: Радио и связь, 1983 г. - С.366, рис.8.11.1. M. Herpy. Analog integrated circuits. M .: Radio and communications, 1983 - S.366, Fig. 8.11.
2. Патент ЕР 0058448, H03F 3/45.2. Patent EP 0058448,
3. Авт.свид. СССР №853776, G03G 3/36.3. Autosvid. USSR No. 853776, G03G 3/36.
4. Авт.свид. СССР №488317, H03H 7/44.4. Autosvid. USSR No. 488317,
5. Гребен А.Б. Проектирование аналоговых интегральных схем. М.: Мир - С.147, рис.7-5.5. Greben A.B. Designing analog integrated circuits. M .: World - S.147, Fig. 7-5.
6. Патент США №4146844, кл. 330-149.6. US patent No. 4146844, cl. 330-149.
7. Патент Японии 53-33232 98(5) А 333.7. Japanese Patent 53-33232 98 (5) A 333.
8. Патент Англии №1429793 H03F 1/34.8. England patent No. 1429793
9. Патент Англии №1572079, Н3Т.9. England patent No. 1572079, H3T.
10. Патент США №4511852.10. US patent No. 4511852.
11. Патентная заявка США №2002/0053935.11. US patent application No. 2002/0053935.
12. Патент США №6456142, фиг.8.12. US patent No. 6456142, Fig.8.
13. Патент США №5184088, фиг.2.13. US patent No. 5184088, figure 2.
14. Патент США №5821810.14. US patent No. 5821810.
15. Патент UK №2318470.15. UK patent No. 2318470.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008134979/09A RU2380824C1 (en) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | Alternating current amplifier with controlled amplification |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008134979/09A RU2380824C1 (en) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | Alternating current amplifier with controlled amplification |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2380824C1 true RU2380824C1 (en) | 2010-01-27 |
Family
ID=42122301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008134979/09A RU2380824C1 (en) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | Alternating current amplifier with controlled amplification |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2380824C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467470C1 (en) * | 2011-09-20 | 2012-11-20 | 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 |
RU2520418C2 (en) * | 2012-09-13 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Controlled selective amplifier |
RU2525744C1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier with extended frequency band |
RU2572388C1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Extended frequency band transistor amplifier |
-
2008
- 2008-08-26 RU RU2008134979/09A patent/RU2380824C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467470C1 (en) * | 2011-09-20 | 2012-11-20 | 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 |
RU2520418C2 (en) * | 2012-09-13 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Controlled selective amplifier |
RU2525744C1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier with extended frequency band |
RU2572388C1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Extended frequency band transistor amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419197C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage | |
Yuce | A novel floating simulation topology composed of only grounded passive components | |
RU2380824C1 (en) | Alternating current amplifier with controlled amplification | |
Ayten et al. | A voltage-mode PID controller using a single CFOA and only grounded capacitors | |
RU2364020C1 (en) | Differential amplifier with negative in-phase signal feedback | |
RU2428786C1 (en) | Cascode amplifier | |
Nagar et al. | Single OTRA based two quadrant analog voltage divider | |
RU2321156C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2384938C1 (en) | Complementary differential amplifier with controlled gain | |
RU2384936C1 (en) | Controlled two-stage differential amplifier with inphase negative feedback | |
RU2422981C1 (en) | Differential ac amplifier | |
Alpaslan et al. | A new lossless floating inductor simulator employing only two-terminal active devices | |
RU2389130C1 (en) | Cascode differential amplifier with controlled amplification | |
RU2421888C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2390922C1 (en) | Controlled amplifier and analogue multiplier of signals on its basis | |
RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
RU2396595C2 (en) | Analogue multiplier of voltages | |
RU2278466C1 (en) | Differential amplifier with increased depletion of cophased signal | |
Li et al. | A low-power low-noise CMOS analogue multiplier | |
CN112825003B (en) | Amplifier device and voltage-current conversion device | |
RU2467468C1 (en) | Broadband current amplifier | |
RU2421881C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2439694C1 (en) | Analogue voltage multiplier | |
RU2391769C1 (en) | Differential operating amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130827 |