ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «НАПРЯЖЕНИЕ-ТОК»

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «НАПРЯЖЕНИЕ-ТОК»


RU (11) 2331964 (13) C1

(51) МПК
H03F 3/343 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2007118881/09 
(22) Дата подачи заявки: 2007.05.21 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2007.05.21 
(45) Опубликовано: 2008.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1506515 A1, 07.09.1989. SU 1483600 A1, 30.05.1989. US 5389893 A, 14.02.1995. 
(72) Автор(ы): Прокопенко Николай Николаевич (RU); Ковбасюк Николай Васильевич (RU); Конев Даниил Николаевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) (RU) 
Адрес для переписки: 346500, Ростовская обл., г. Шахты, ул. Шевченко, 147, ЮРГУЭС, Патентная служба 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ "НАПРЯЖЕНИЕ-ТОК"Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства преобразования аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях, перемножителях напряжения, компараторах и т.д.). Преобразователь «напряжение-ток», содержащий входной дифференциальный каскад (1), реализованный на основе первого (2) и второго (3) входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор (4), а кроме этого эмиттеры связаны с первым (5) и вторым (6) источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки(7) входного дифференциального каскада (1), связанную с коллекторами входных транзисторов (2) и (3) входного дифференциального каскада (1), а также первым (8) и вторым (9) входами выходного дифференциального каскада (10), реализованного на первом (11) и втором (12) выходных транзисторах и источнике опорного тока (13) в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора (11) выходного дифференциального каскада (10) является его первым входом (8), соединенным с коллектором первого входного транзистора (2) входного дифференциального каскада (1), а база второго выходного транзистора (12) выходного дифференциального каскада (10) является его вторым входом (9), соединенным с коллектором второго входного транзистора 3 входного дифференциального каскада (1), подсхему нагрузки (14). В схему введены первый (15) и второй (16) дополнительные транзисторы, коллекторы которых связаны с подсхемой нагрузки (14), эмиттер первого дополнительного транзистора (15) связан с коллектором первого выходного транзистора (11) выходного дифференциального каскада (10), база подключена ко второму источнику опорного тока (6), эмиттер второго дополнительного транзистора (16) соединен с коллектором второго выходного транзистора (12) выходного дифференциального каскада (10), а база подключена к первому источнику опорного тока (5). Технический результат - повышение крутизны выходной характеристики. 7 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства преобразования аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях, перемножителях напряжения, компараторах и т.д.).

Известны схемы классических преобразователей «напряжение-ток» на основе дифференциальных каскадов с симметричной нагрузкой в виде резисторов (или р-n переходов) и местной отрицательной обратной связью, которые нашли широкое применение в современных аналоговых микросхемах [1-22].

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является преобразователь «напряжение-ток», описанный в патенте США №5389893, фиг.5, содержащий входной дифференциальный каскад 1, реализованный на основе первого 2 и второго 3 входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор 4, а кроме этого эмиттеры связаны с первым 5 и вторым 6 источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, связанную с коллекторами входных транзисторов 2 и 3 входного дифференциального каскада 1, а также первым 8 и вторым 9 входами выходного дифференциального каскада 10, реализованного на первом 11 и втором 12 выходных транзисторах и источнике опорного тока 13 в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10 является его первым входом 8, соединенным с коллектором первого входного транзистора 2 входного дифференциального каскада 1, а база второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10 является его вторым входом 9, соединенным с коллектором второго входного транзистора 3 входного дифференциального каскада 1, подсхему нагрузки 14.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он имеет недостаточно высокую крутизну преобразования входного напряжения в выходной ток, что обусловлено шунтирующим влиянием выходного дифференциального каскада на его работу. Это не позволяет создавать на основе известного преобразователя аналоговые микросхемы с повышенным усилением.

Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении крутизны преобразования входного напряжения в выходной ток без изменения общего токопотребления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1, реализованный на основе первого 2 и второго 3 входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор 4, а кроме этого эмиттеры связаны с первым 5 и вторым 6 источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, связанную с коллекторами входных транзисторов 2 и 3 входного дифференциального каскада 1, а также первым 8 и вторым 9 входами выходного дифференциального каскада 10, реализованного на первом 11 и втором 12 выходных транзисторах и источнике опорного тока 13 в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10 является его первым входом 8, соединенным с коллектором первого входного транзистора 2 входного дифференциального каскада 1, а база второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10 является его вторым входом 9, соединенным с коллектором второго входного транзистора 3 входного дифференциального каскада 1, подсхему нагрузки 14, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 15 и второй 16 дополнительные транзисторы, коллекторы которых связаны с подсхемой нагрузки 14, эмиттер первого дополнительного транзистора 15 связан с коллектором первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10, база подключена ко второму источнику опорного тока 6, эмиттер второго дополнительного транзистора 16 соединен с коллектором второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10, а база подключена к первому источнику опорного тока 5.

Схема заявляемого устройства показана на фиг.2.

На фиг.3, фиг.4 и фиг.5 представлены варианты построения симметричной цепи нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1.

На фиг.6 показана схема известного преобразователя «напряжение-ток» фиг.1 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на чертеже фиг.7 - зависимость крутизны преобразования входного напряжения в выходной ток для заявляемого (фиг.2) и известного (фиг.6) устройств при одних и тех же параметрах цепи нагрузки 7 и статических режимах.

Преобразователь «напряжение-ток» фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1, реализованный на основе первого 2 и второго 3 входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор 4, а кроме этого эмиттеры связаны с первым 5 и вторым 6 источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, связанную с коллекторами входных транзисторов 2 и 3 входного дифференциального каскада 1, а также первым 8 и вторым 9 входами выходного дифференциального каскада 10, реализованного на первом 11 и втором 12 выходных транзисторах и источнике опорного тока 13 в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10 является его первым входом 8, соединенным с коллектором первого входного транзистора 2 входного дифференциального каскада 1, а база второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10 является его вторым входом 9, соединенным с коллектором второго входного транзистора 3 входного дифференциального каскада 1, подсхему нагрузки 14. В схему введены первый 15 и второй 16 дополнительные транзисторы, коллекторы которых связаны с подсхемой нагрузки 14, эмиттер первого дополнительного транзистора 15 связан с коллектором первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10, база подключена ко второму источнику опорного тока 6, эмиттер второго дополнительного транзистора 16 соединен с коллектором второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10, а база подключена к первому источнику опорного тока 5.

Симметричная цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, представленная на фиг.3, содержит р-n переходы 15 и 16, общий узел которых соединен с источником напряжения смещения 17.

На фиг.4 показан другой вариант построения симметричной цепи нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, которая содержит р-n переходы 18 и 19 и дополнительный резистор 20.

В частном случае (фиг.5) симметричная цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1 может содержать два вспомогательных резистора 21 и 22.

Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2.

Отрицательное приращение входного напряжения (u вх<0) вызывает увеличение потенциала u a относительно общей шины. Как следствие, ток базы транзистора 11 уменьшается на величину iб11=i 8 - транзистор 11 подзапирается, а эмиттерный и, следовательно, коллекторный ток транзистора 12 увеличивается

i э12=iэ1=iэ=(1+ 11)i8

iк12=iэ16= 12iэ12= 12(1+ 11)i8.

Поэтому ток базы транзистора 16 растет на величину



Приращение iб16 поступает в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 2



Поэтому в узле «А» происходит почти полная взаимная компенсация приращений токов i8 и i к2:

i A=i8-iк2 =i8(1-Ti8),

где 

С другой стороны в узле «В» обеспечивается аналогично компенсация составляющих токов базы транзистора 12 (i 9) и коллектора транзистора 3 (iк3 ):

i B=i9(1-Ti9 ),

где 

Таким образом, в схеме фиг.2 при T i9=1 и Ti8=1 компенсируется влияние входных токов выходного дифференциального каскада 10 на работу входного каскада 1. Это позволяет получить от первого каскада 1 предельно высокие значения коэффициента усиления по напряжению, который определяется отношением сопротивлений резисторов нагрузки 7 и резистора 4. Как следствие, это повышает крутизну преобразования входного напряжения в выходной ток преобразователя.

Если в качестве симметричной нагрузки применяются р-n переходы (фиг.3, фиг.4), то в схеме такого преобразователя ослабляется влияние выходного каскада 10 на погрешность устройства.

Полученные выше выводы подтверждаются результатами (фиг.7) моделирования предлагаемой (фиг.2) и известной (фиг.6) схем в среде PSpice - крутизна преобразования увеличивается более чем в 15 раз без ухудшения энергетических параметров.

Литература

1. Патент США №5.666.888.

2. Патент США №5.767.741.

3. Патентная заявка 20020053935.

4. Патент США №5.550.512.

5. Патент США 5.256.984.

6. Патент США №4.439.696.

7. А.св. СССР 600545.

8. Патент США 5.389.893.

9. Патент США 5.914.639.

10. Патент США 5.521.544.

11. Патент США №4.721.920.

12. Патентная заявка 20040251965 А1.

13. Патент США №5.065.112.

14. Патент США №5.521.544.

15. Патент США №4.288.707.

16. Патент США №5.774.020.

17. Патент США №4.498.053.

18. Патент США №5.610.547, фиг.19.

19. Патент США №6.369.618, фиг.2.

20. Патент США №6.111.463, фиг.1.

21. Патент США №5.610.547.

22. Патент США 4.385364.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Преобразователь «напряжение-ток», содержащий входной дифференциальный каскад (1), реализованный на основе первого (2) и второго (3) входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор (4), а, кроме этого, эмиттеры связаны с первым (5) и вторым (6) источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки (7) входного дифференциального каскада (1), связанную с коллекторами входных транзисторов (2) и (3) входного дифференциального каскада (1), а также первым (8) и вторым (9) входами выходного дифференциального каскада (10), реализованного на первом (11) и втором (12) выходных транзисторах и источнике опорного тока (13) в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора (11) выходного дифференциального каскада (10) является его первым входом (8), соединенным с коллектором первого входного транзистора (2) входного дифференциального каскада (1), а база второго выходного транзистора (12) выходного дифференциального каскада (10) является его вторым входом (9), соединенным с коллектором второго входного транзистора (3) входного дифференциального каскада (1), подсхему нагрузки (14), отличающийся тем, что в схему введены первый (15) и второй (16) дополнительные транзисторы, коллекторы которых связаны с подсхемой нагрузки (14), эмиттер первого дополнительного транзистора (15) связан с коллектором первого выходного транзистора (11) выходного дифференциального каскада (10), база подключена ко второму источнику опорного тока (6), эмиттер второго дополнительного транзистора (16) соединен с коллектором второго выходного транзистора (12) выходного дифференциального каскада (10), а база подключена к первому источнику опорного тока (5).




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru