Способ усиления сигналов в структуре дифференциальных каскадов с цепями взаимной компенсации импедансов низкоомных резисторов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

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: prokopenko@sssu.ru.

Тел.: 88636222037; 8863222133.

Будяков Петр Сергеевич

E-mail: byduakov@mail.ru.

Крюков Сергей Владимирович

E-mail: vvks@list.ru.

Prokopenko Nikolay Nikolaevich

South-state university of economics and servises.

E-mail: prokopenko@sssu.ru.

147, Shevchenko, Shahty, 346500, Russia.

Phone: 88636222037; 8863222133.

Budyakov Petr Sergeevich

E-mail: byduakov@mail.ru.

Kryukov Sergey Vladimirovich

E-mail: vvks@list.ru.

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: prokopenko@sssu.ru.

Тел.: 88636222037; 8863222133.

Будяков Петр Сергеевич E-mall: byduakov@mall.ru.

Крюков Сергей Владимирович E-mall: vvks@llst.ru.

Prokopenko Nikolay Nikolaevich

South-state unlverslty of economics and servlses.

E-mall: prokopenko@sssu.ru.

147, Shevchenko, Shahty, 346500, Russla.

Phone: 88636222037; 8863222133.

Budyakov Petr Sergeevich

E-mall: byduakov@mall.ru.

Kryukov Sergey Vladimirovich

E-mall: vvks@llst.ru.