RU2421882C1 - Two-cascade hf-amplifier - Google Patents
Two-cascade hf-amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421882C1 RU2421882C1 RU2010120970/09A RU2010120970A RU2421882C1 RU 2421882 C1 RU2421882 C1 RU 2421882C1 RU 2010120970/09 A RU2010120970/09 A RU 2010120970/09A RU 2010120970 A RU2010120970 A RU 2010120970A RU 2421882 C1 RU2421882 C1 RU 2421882C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- output
- transistor
- circuit
- collector
- 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, ВЧ- и СВЧ-усилителях, фильтрах).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, RF and microwave amplifiers, filters).
В современных устройствах радиосвязи и телекоммуникаций широко применяются усилительные каскады на транзисторах, включенных по схеме «общий эмиттер» (общий исток) или каскодной схеме «общий эмиттер - общая база», в которых роль коллекторной нагрузки выполняет корректирующая индуктивность (иногда колебательный контур). Это базовая архитектура различных радиоприемных и радиопередающих устройств, которая стала основой многих радиоэлектронных изделий [1-7].In modern devices of radio communications and telecommunications, amplification cascades on transistors are widely used, connected according to the “common emitter” circuit (common source) or to the cascode “common emitter - common base” circuit, in which the correcting inductance (sometimes the oscillatory circuit) plays the role of the collector load. This is the basic architecture of various radio receivers and radio transmitting devices, which has become the basis of many electronic products [1-7].
При практическом использовании таких ВЧ- и СВЧ-усилителей как двухкаскадных устройств с корректирующей индуктивностью в первом каскаде возникает проблема минимизации влияния входного сопротивления (Rвх) второго каскада усиления на добротность Q колебательного контура входного каскада и общий коэффициент усиления двухкаскадной структуры (Kу) [1, 4]. Для получения Q=Qmax и Kу=Kу max необходимо иметь Rвх → ∞. Однако в практических схемах Rвх определяется резисторами цепи установления статического режима второго каскада усиления, которые приходится выбирать высокоомными. Такое решение не следует считать оптимальным, т.к. повышение сопротивлений резисторов в цепи базы входного транзистора второго каскада усиления приводит к ухудшению ряда его параметров (стабильности статического режима, шумов, общей площади, занимаемой на подложке резисторами и т.п.).In the practical use of such RF and microwave amplifiers as two-stage devices with corrective inductance in the first stage, the problem arises of minimizing the influence of the input resistance (R in ) of the second amplification stage on the quality factor Q of the oscillating circuit of the input stage and the overall gain of the two-stage structure (K y ) [ fourteen]. To obtain Q = Q max and K y = K y max, it is necessary to have R in → ∞. However, in practical circuits, R I is determined by the resistors of the static mode of the second amplification stage, which have to be selected with high resistance. Such a solution should not be considered optimal, because an increase in the resistances of the resistors in the base circuit of the input transistor of the second amplification stage leads to a deterioration of a number of its parameters (stability of the static mode, noise, total area occupied by resistors on the substrate, etc.).
Второе направление решения данной проблемы - применение трансформаторной связи со вторым каскадом усиления [3, 6] или так называемого неполного включения колебательного контура [1] (или корректирующей индуктивности с отводом). Однако это усложняет технологию изготовления индуктивности и устройства в целом.The second direction of solving this problem is the use of transformer coupling with a second cascade of amplification [3, 6] or the so-called incomplete inclusion of an oscillatory circuit [1] (or corrective inductance with a tap). However, this complicates the manufacturing technology of the inductance and the device as a whole.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству относится многокаскадный каскадный ВЧ-усилитель, предложенный в патенте ФРГ №1.512.725 fig.3. Он содержит входной транзистор 1 по схеме с общим эмиттером, база которого связана по переменному току с источником сигнала 2 и первым выходом цепи установления статического режима первого каскада 3, выходной транзистор 4, эмиттер которого соединен с коллектором входного транзистора 1, база подключена ко второму выходу цепи установления статического режима первого каскада 3, а коллектор через корректирующую индуктивность 5 соединен с шиной источника питания 6, второй каскад усиления 7, вход которого через разделительный конденсатор 8 соединен с коллектором выходного транзистора 4 и связан с первым выводом резистора цепи установления статического режима второго каскада 9.The closest in technical essence to the claimed device includes a multi-stage cascade RF amplifier, proposed in the patent of Germany No. 1.512.725 fig.3. It contains the
Существенный недостаток известного двухкаскадного ВЧ-усилителя (ВЧУ) состоит в том, что в нем цепь установления статического режима второго каскада усиления оказывает отрицательное шунтирующее воздействие на первый (входной) каскад. В результате в двухкаскадном усилителе фиг.1 ухудшаются основные параметры - добротность (при построении избирательного усилителя), максимальный коэффициент усиления по напряжению, шумы и т.п.A significant drawback of the well-known two-stage RF amplifier (RF) is that in it the circuit for establishing the static mode of the second amplification stage has a negative shunt effect on the first (input) stage. As a result, in the two-stage amplifier of FIG. 1, the main parameters deteriorate - the Q factor (when constructing a selective amplifier), the maximum voltage gain, noise, etc.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении влияния цепи установления статического режима второго каскада усиления ВЧУ на основные параметры устройства.The main objective of the invention is to reduce the influence of the circuit establishing the static mode of the second amplification stage of the RFI on the main parameters of the device.
Дополнительная цель - упрощение цепи установления статического режима второго каскада усиления ВЧУ.An additional goal is to simplify the circuit for establishing the static mode of the second RF amplification stage.
Поставленная задача решается тем, что в двухкаскадном ВЧ-усилителе, содержащем входной транзистор 1 по схеме с общим эмиттером, база которого связана по переменному току с источником сигнала 2 и первым выходом цепи установления статического режима первого каскада 3, выходной транзистор 4, эмиттер которого соединен с коллектором входного транзистора 1, база подключена ко второму выходу цепи установления статического режима первого каскада 3, а коллектор через корректирующую индуктивность 5 соединен с шиной источника питания 6, второй каскад усиления 7, вход которого через разделительный конденсатор 8 соединен с коллектором выходного транзистора 4 и связан с первым выводом резистора цепи установления статического режима второго каскада 9, предусмотрены новые элементы и связи - второй вывод резистора цепи установления статического режима второго каскада 9 подключен к эмиттеру выходного транзистора 4.The problem is solved in that in a two-stage RF amplifier containing an
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1, на фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 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 ВЧУ в соответствии с п.3, а на фиг.4 - п.4 формулы изобретения.Figure 3 shows a diagram of the inventive RFI in accordance with
На фиг.5 показана схема заявляемого ВЧУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW, а на фиг.6 - график частотной зависимости его коэффициента усиления по напряжению.In Fig.5 shows a diagram of the inventive RFI of Fig.2 in the computer simulation environment of Cadence on models of HJW integrated transistors, and Fig.6 is a graph of the frequency dependence of its voltage gain.
Схема ВЧУ-прототипа фиг.1 в среде Cadence приведена на фиг.7.The diagram of the RFI prototype of FIG. 1 in the Cadence environment is shown in FIG. 7.
На фиг.8 показаны амплитудно-частотные характеристики сравниваемых схем фиг.5 и фиг. 7.On Fig shows the amplitude-frequency characteristics of the compared circuits of Fig.5 and Fig. 7.
На фиг.9 показана модифицированная схема заявляемого устройства фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW.Figure 9 shows a modified circuit of the inventive device of figure 2 in a computer simulation environment Cadence on models of integrated transistors HJW.
На фиг.10 приведены амплитудно-частотные характеристики сравниваемых ВЧУ фиг.7 и фиг.9.Figure 10 shows the amplitude-frequency characteristics of the compared RFs of Fig.7 and Fig.9.
На фиг.11 показана схема предлагаемого ВЧУ фиг.4 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW.In Fig.11 shows a diagram of the proposed RFI of Fig.4 in the computer simulation environment Cadence on models of integrated transistors HJW.
На фиг.12 приведена амплитудно-частотная характеристика ВЧУ фиг.11, а на фиг.13 - графики частотной зависимости Kу схемы фиг.11 при разных значениях сопротивления резистора R14=R8=R.In Fig.12 shows the amplitude-frequency characteristic of the RFI of Fig.11, and Fig.13 is a graph of the frequency dependence of K for the circuit of Fig.11 for different values of the resistance of the resistor R 14 = R 8 = R.
Двухкаскадный ВЧ-усилитель фиг.2 содержит входной транзистор 1 по схеме с общим эмиттером, база которого связана по переменному току с источником сигнала 2 и первым выходом цепи установления статического режима первого каскада 3, выходной транзистор 4, эмиттер которого соединен с коллектором входного транзистора 1, база подключена ко второму выходу цепи установления статического режима первого каскада 3, а коллектор через корректирующую индуктивность 5 соединен с шиной источника питания 6, второй каскад усиления 7, вход которого через разделительный конденсатор 8 соединен с коллектором выходного транзистора 4 и связан с первым выводом, резистора цепи установления статического режима второго каскада 9. Второй вывод резистора цепи установления статического режима второго каскада 9 подключен к эмиттеру выходного транзистора 4. Здесь цепь установления статического режима первого каскада 3 содержит в частном случае источник тока 11, р-n переходы 12 и 13, конденсатор 14 и резистор 15.The two-stage RF amplifier of FIG. 2 contains an
Кроме этого, на фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения второй каскад усиления 7 выполнен на первом дополнительном транзисторе 16 по схеме с общим эмиттером, база которого является входом второго каскада усиления 7, а коллектор через первый 17 дополнительный двухполюсник нагрузки связан с шиной источника питания 6 и подключен к выходу устройства.In addition, in Fig. 2, in accordance with
На фиг.3, в соответствии с п.3 формулы изобретения второй каскад усиления 7 выполнен по каскодной схеме «общий эмиттер - общая база» на втором 18 и третьем 19 дополнительных транзисторах, причем коллектор третьего 19 дополнительного транзистора связан с шиной источника питания 6 через второй 20 дополнительный двухполюсник нагрузки, а база третьего 19 дополнительного транзистора соединена с базой выходного транзистора 4.In figure 3, in accordance with
На фиг.4, в соответствии с п.4 формулы изобретения второй каскад усиления 7 выполнен на полевом транзисторе 25 по схеме с общим истоком, затвор которого является входом второго каскада усиления 7, а цепь установления статического режима первого каскада содержит элементы 21, 22, 23 и 24.In Fig. 4, in accordance with
Рассмотрим вначале работу ВЧ-усилителя фиг.2 на постоянном токе.Consider first the operation of the RF amplifier of FIG. 2 with direct current.
Статический ток коллектора входного транзистора 1 определяется цепью установления его статического режима 3:The static collector current of the
где Iк1=Iк4 - коллекторные токи транзисторов 1 и 4;where I k1 = I k4 - collector currents of
I11 - ток двухполюсника 11.I 11 -
Статический режим входного транзистора 16 второго каскада усиления 7 определяется напряжением U2 на втором выходе цепи установления статического режима 3 и при небольших сопротивлениях резистора 9 находится по формулеThe static mode of the
где Iк16 - коллекторный ток транзистора 16.where I k16 - collector current of the
Таким образом, в предлагаемой схеме фиг.2 статические токи транзисторов 1, 4, 16 определяются двухполюсником 11 цепи установления статического режима первого каскада 3. Причем температурная стабильность этих токов получается достаточно высокой благодаря одинаковому температурному дрейфу напряжений на диодах 12, 13, с одной стороны, и напряжений эмиттер-база транзисторов 4 и 16, с другой.Thus, in the proposed circuit of figure 2, the static currents of the
Рассмотрим далее работу схемы на переменном токе. Пусть выходное напряжение первого каскада и, следовательно, входное uб.16 второго каскада усиления имеют положительное приращение. Это приводит к увеличению на величину i9 тока через резистор 9, который передается в эмиттер, затем в коллектор транзистора 4 и, далее, через разделительный конденсатор 8 на вход второго каскада 7:Let us further consider the operation of the circuit on alternating current. Let the output voltage of the first stage and, therefore, the input u b.16 of the second amplification stage have a positive increment. This leads to an increase in the value of i 9 of the current through the
где α4=0,98-0,99 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 4;where α 4 = 0.98-0.99 is the current gain of the emitter of
R9 - сопротивление резистора 9.R 9 is the resistance of the
Поэтому эффективное значение сопротивления резистора 9 цепи установления статического режима второго каскада повышаетсяTherefore, the effective value of the resistance of the
Например, если R9=1 кОм, то R9.эф=50÷100 кОм.For example, if R 9 = 1 kOhm, then R 9.eff = 50 ÷ 100 kOhm.
Таким образом, несмотря на малые значения сопротивления резистора цепи установления статического режима второго каскада (R9), который определяет статический режим второго каскада усиления 7, его влияние на коэффициент усиления и другие параметры двухкаскадного устройства фиг.2 ослабляется на один-два порядка.Thus, despite the small values of the resistance of the resistor of the establishment of the static mode of the second stage (R9), which determines the static mode of the second stage of
Данные выводы подтверждаются компьютерным моделированием схем фиг.5, 7, 9, 11, представленным на фиг.10, 12, 13.These findings are confirmed by computer simulation of the circuits of figure 5, 7, 9, 11, presented in figure 10, 12, 13.
Таким образом, предлагаемый двухкаскадный ВЧ-усилитель имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the proposed two-stage RF amplifier has significant advantages in comparison with the prototype.
Источники информацииInformation sources
1. Агаханян Т.М. Проектирование электронных устройств на интегральных операционных усилителях: Учебное пособие. - М.: МИФИ, 2008. - С.742-746.1. Agahanyan T.M. Designing Electronic Devices with Integrated Operational Amplifiers: A Training Manual. - M .: MEPhI, 2008 .-- S.742-746.
2. Фалькович С.Е., Музыка З.Н. Чувствительность радиоприемных устройств с транзисторными усилителями. - М.: Энергия, 1970. - С.115-116, рис.41, 42.2. Falkovich S.E., Music of Z.N. Sensitivity of transceiver amplifiers. - M .: Energy, 1970. - S.115-116, Fig. 41, 42.
3. Крылов Г.М., Вишневская А.В. Проектирование логарифмических усилителей с непрерывным детектированием сигнала. - М.: Энергия, 1970. - 144 с., рис.42, стр.98.3. Krylov G.M., Vishnevskaya A.V. Design of logarithmic amplifiers with continuous signal detection. - M.: Energy, 1970.- 144 p., Fig. 42, p. 98.
4. Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах. - М.: Энергия, 1975. - C.139, рис.5-5.4. Gorban B.G. Broadband transistor amplifiers. - M .: Energy, 1975.- C.139, Fig. 5-5.
5. Патент ФРГ №1512725, fig.3.5. Germany patent No. 1512725, fig.3.
6. Королев В.И., Кучумов А.И. Училители-ограничители. - М.: Энергия, 1976. - С.102, рис.51, стр.100, рис.47.6. Korolev V.I., Kuchumov A.I. Teacher Limiters. - M.: Energy, 1976. - P.102, Fig. 51, p. 100, Fig. 47.
7. Патент США №6127984, fig.3.7. US Patent No. 6127984, fig. 3.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010120970/09A RU2421882C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Two-cascade hf-amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010120970/09A RU2421882C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Two-cascade hf-amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2421882C1 true RU2421882C1 (en) | 2011-06-20 |
Family
ID=44738190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010120970/09A RU2421882C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Two-cascade hf-amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421882C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485675C1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2497271C1 (en) * | 2012-08-02 | 2013-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" (ООО "Юник Ай Сиз") | High-frequency amplifier with device for stabilising collector current of heterostructure bipolar transistor |
-
2010
- 2010-05-24 RU RU2010120970/09A patent/RU2421882C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485675C1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
RU2497271C1 (en) * | 2012-08-02 | 2013-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" (ООО "Юник Ай Сиз") | High-frequency amplifier with device for stabilising collector current of heterostructure bipolar transistor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419197C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage | |
RU2432669C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2428786C1 (en) | Cascode amplifier | |
RU2421879C1 (en) | Differential amplifier with high-frequency compensation | |
RU2427071C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2421882C1 (en) | Two-cascade hf-amplifier | |
RU2396699C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased input differential resistance | |
RU2432667C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
CN210405325U (en) | Power detector | |
RU2321159C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2421893C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
RU2396698C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2422981C1 (en) | Differential ac amplifier | |
RU2394364C1 (en) | Two-channel controlled alternating current amplifier | |
RU2446554C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2421888C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2421894C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2421881C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2621286C1 (en) | Differential operational amplifier for operating at low temperatures | |
TW201703427A (en) | Driver | |
RU2780357C1 (en) | Multi-stage cascode amplifier with series power fet | |
RU2468504C1 (en) | Complementary differential amplifier with paraphase output |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130525 |