CC BY
53
тронных устройств автоматики и вычислительной техники о методах усиления широкополосных сигналов. Для внедрения в практические разработки рассмотренных ДК необходимы дополнительные исследования, а также их всестороннее компью-.
БИБЛИОГРДФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Высокочастотный усилитель на транзисторе по схеме с общей базой [Текст]. Пат. 2365028 Российской Федерации, МПК8 H03F 3/34, 3/04, 3/189 / Прокопенко Н.Н., Конев Д.Н., Будяков АС., заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса». - № 2007144027/09; заявл. 27.11.2007; опубл. 20.08.2009. Бюл. № 23. - 12с.: ил. (91).
2. Высокочастотный дифференциальный усилитель [Текст]: заявка на патент Российской Федерации; МПК8 H03F 3/34, 3/45 / Прокопенко Н.Н., Будяков АС., Конев Д.Н.
- № 2008109765/09; заявл. 13.03.2008 (121).
3. [ ]:
; 8 H 03 F 3/34, 3/45 / . ., . ., . .
- № 17-3773/27 от 09.12.09 (273).
Прокопенко Николай Николаевич
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса.
346500, . , . , 147.
E-mail: [email protected].
Тел.: 88636222037; 8863222133.
Будяков Петр Сергеевич
E-mail: [email protected].
Крюков Сергей Владимирович
E-mail: [email protected].
Prokopenko Nikolay Nikolaevich
South-state university of economics and servises.
E-mail: [email protected].
147, Shevchenko, Shahty, 346500, Russia.
Phone: 88636222037; 8863222133.
Budyakov Petr Sergeevich
E-mail: [email protected].
Kryukov Sergey Vladimirovich
E-mail: [email protected].
УДК 621.375
Н.Н. Прокопенко, П.С. Будяков, С.В. Крюков
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ СИГНАЛОВ В СТРУКТУРЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ КАСКАДОВ С ЦЕПЯМИ ВЗАИМНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ИМПЕДАНСОВ НИЗКООМНЫХ РЕЗИСТОРОВ
Предлагается концепция построения дифференциальных каскадов с повышенным коэффициентом усиления по напряжению, в которых создаются специальные условия для взаимной компенсации импедансов низкоомных резисторов коллекторной нагрузки.
Дифференциальный усилитель; собственная и взаимная компенсация импедансов; способы повышения коэффициентов усиления.
N.N. Prokopenko, P.S. Budyakov, S.V. Kryukov
METHOD FOR ENHANCEMENT OF SIGNALS IN THE STRUCTURE OF DIFFERENTIAL CASCADES WITH CHAINS MUTUAL IMPEDANCE COMPENSATION RESISTORS LOW-RESISTANCE
Proposed to construct the concept of differential stages with a high gain voltage, which creates special conditions for reciprocal compensation impedance low-impedance collector load resistors.
The differential amplifier, self and mutual impedances of compensation, how to improve the gain.
Эффекты собственной и взаимной компенсации импедансов [1] позволяют схемотехническими методами решать проблему повышения многих качественных показателей достаточно широкого класса микроэлектронных изделий. Весьма перспективным может оказаться применение этих идей в операционных и дифференциальных усилителях, изготавливаемых в рамках техпроцесса SGB25VD, не позволяющего применять активные нагрузки на биполярных p-n-p-транзисторах. Данное ограничение отрицательно сказывается на величине коэффициента усиления по напряжению (Ку) классических транзисторных каскадов, так как этот параметр определяется сопротивлением резисторов коллекторной нагрузки и напряжением питания, не превышающим для техпроцесса SGB25VD 2^2,5В.
В соответствии с [1] влияние низкоомных резисторов на Ку можно компенси-.
В настоящей работе рассматривается способ усиления сигналов, основанный на минимизации эффективной проводимости резисторов, определяющих коэффи-
( ). -
стей усилителей с такой архитектурой выбран входной каскад на основе эмиттер-ных повторителей напряжения, в который вводится цепь взаимной компенсации
R1, R2 ( . 1), -
вого зеркала ПТ1 и буфера ПН1 с единичным коэффициентом передачи.
Рис. 1. Архитектура ДК с предельным коэффициентом усиления Ку> 120 дБ
В статическом режиме эмиттерные токи входных транзисторов УТ1 и УТ2 (рис. 1) устанавливаются двухполюсниками її и 12, а также за счет выбора сопротивлений дополнительных резисторов Я1 и Я2.
Если на вход Вх.1 подается входное напряжение ивх1, то это вызывает увеличение тока ізї через резистор Я1
.
Ьї =
Я,
я,
(1)
где Ку - коэффициент усиления по напряжению ДК.
При этом приращение тока і, передается через токовое зеркало ПТ1 в рези-
Я2 . -
ние и2 на токостабилизирующем двухполюснике ї2 уменьшается. Как следствие,
и . ї1,
так как в схеме фиг. 2 за счет свойств ПТ1:
ивых и2
и,
(2)
Таким образом, фаза выходного напряжения ивых. на выходе ДК (рис. 1) противоположна фазе входного напряжения ивх.ь а коэффициент усиления равен
Ку
Я2
Яї
К
(3)
І12.1
ч
где К112л~1 - коэффициент передачи по току токового зеркала ПТ1.
Если Я1=Я2, а К112.1= 1, то при высокоомной нагрузке (Кн=с0) Ку достигает значений
Если Ян ф °о, то
К
Ку
1 - К
>> 1.
Я2
Я1
І12.1
К
Я1
(4)
>> 1,
(5)
где Я2 = Я2||РІЯн < Я2 - эквивалентное сопротивление в выходной цепи токового зеркала ПТ1;
І - 1.
В этом случае для получения Кутах. необходимо выбрать Я2 исходя из уравнения
Я1 = Кі12.1Я2 .
(6)
и .2 ( .2), -
зывает синфазное изменение напряжения на входе ПН1, выходного напряжения и и1. , Я1 , -
зывает уменьшение выходного тока токового зеркала ПТ1 и тока через резистор
Я2. ,
и .2.
( . 1),
Р8рісе на моделях транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» показывает (рис. 2, 3),
1
что предельные значения ее коэффициента усиления по напряжению Ку определяется токовым зеркалом ПТ1 и технологической погрешностью изготовления резисторов Я1 и Я2.
Рис. 2 показывает, что при выбранных параметрах элементов (Я1 = Я2 = 300 Ом, ¡1 = 12 = 1 мА) схема (рис. 1) обеспечивает усиление сигнала с Ку > 95 дБ, если Кпт = КП2Л > 0,95.
І 120 | 115 >*110 І 105 100
Частота, Гц
Рис 2. Зависимость предельного коэффициента усиления ДК от коэффициента передачи токового зеркала Кпт = Кі121
Предельные значения Кутах при Кі121 = КПТ = 1 определяются технологическим разбросом эмиттерных резисторов (рис. 3).
Рис 3. Влияние резисторов R1 и R2 на предельный коэффициент усиления ДК
Однако численные значения Ку достигают значения Ку > 70 дБ, если относительная погрешность АЯ/Я < 30%.
При использовании техпроцесса 8вБ25УБ предельный частотный диапазон (усиление Ку > 120 дБ) лежит в пределах десятков ГГц (рис. 4).
Рис. 4. Амплитудно-частотная характеристика ДК по техпроцессу> SGB25VD при R1=R2=700 Ом, Ij=I2=2 мА
Таким образом, предельные значения Ку дифференциальных каскадов рассматриваемого класса определяются разностью сопротивлений эмиттерных резисторов R1, R2, их величиной, а также отличием коэффициента передачи по току Kl12.i токового зеркала ПТ1 от единицы и входным сопротивлением буферного усилителя ПН1.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Крутчинский СТ. Структурный синтез аналоговых электронных схем [Текст] / СТ. Крут-чинский. - Ростов-н-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001. - 185 с.
2. Дифференциальный усилитель [Текст]: заявка на патент Российской Федерации; МПК8 H03F 3/34, 3/45 / Прокопенко Н.Н., Будяков П.С., Серебряков АИ. - Заявл. 3.12.2009 (269).
Прокопенко Николай Николаевич
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса.
346500, г. Шахты, ул. Шевченко, 147.
E-mall: [email protected].
Тел.: 88636222037; 8863222133.
Будяков Петр Сергеевич E-mall: [email protected].
Крюков Сергей Владимирович E-mall: [email protected].
Prokopenko Nikolay Nikolaevich
South-state unlverslty of economics and servlses.
E-mall: [email protected].
147, Shevchenko, Shahty, 346500, Russla.
Phone: 88636222037; 8863222133.
Budyakov Petr Sergeevich
E-mall: [email protected].
Kryukov Sergey Vladimirovich
E-mall: [email protected].
