Малошумящий широкополосный усилитель тока

 

Изобретение относится к электронике, измерительной технике, автоматике и может использоваться в предварительных каскадах устройств линейного усиления тока. Устройство содержит входной и выходной двухтактные каскады, выполненные на МОП транзисторах (1-4), имеющих разную структуру и включенных по схеме соответственно общий затвор, общий исток, источниках тока на МОП транзисторах (5, 6), резисторах (11-22). Технический результат: снижение входной емкости и шумов. 1 ил.

Изобретение относится к электронике, измерительной технике, автоматике и может использоваться в предварительных каскадах устройств линейного усиления тока.

Известен усилитель тока, работающий в широком динамическом диапазоне и с низкой мощностью потребления, выполненный по двухтактной схеме на МОП транзисторах, включенных в каждом плече по схеме общий затвор - общий исток и имеющих разную структуру [патент США N 6014056, кл. H 03 F 3/26, опублик. 11.01.2000].

Однако известный усилитель тока не обладает высокой точностью при передаче высокочастотного сигнала. Наиболее близким техническим решением является малошумящий широкополосный усилитель тока, содержащий входной двухтактный каскад, выполненный на первом и втором МОП транзисторах, включенных по схеме с общим затвором, имеющих разную структуру, в цепи стоков которых включены соответственно первый и второй источники тока, соединенные с шинами соответственно положительного и отрицательного напряжения питания, и выходной двухтактный каскад [патент США N 4893091, кл. H 03 F 34/45, 3/30, опублик. 09.01.1990, фиг. 4].

Недостатками этого известного устройства являются высокая входная емкость и достаточно высокие шумовые параметры, снижающие прецизионность высокочастотного усилителя тока.

Задачей настоящего изобретения является снижение входной емкости и шумов за счет применения в усилителе способа когерентной автокомпенсации собственных шумов, суть которого состоит в следующем. В усилителе для управления последовательно включенными выходными транзисторами автоматически формируются когерентные собственным шумам управляющие сигналы, но в противофазе к собственным шумам. В результате такого формирования сигналов управления на выходе последовательно включенных выходных транзисторов противофазные когерентные сигналы вычитаются и в нагрузку не поступают, что полностью эквивалентно снижению внутренних шумов усилителя в целом.

Таким образом, поставленная задача решается тем, что в малошумящем широкополосном усилителе тока, содержащем входной двухтактный каскад, выполненный на первом и втором МОП транзисторах, включенных по схеме с общим затвором, имеющих разную структуру, в цепи стоков которых включены соответственно первый и второй источники тока, соединенные с шинами соответственно положительного и отрицательного напряжения питания, и выходной двухтактный каскад, выходной двухтактный каскад выполнен на третьем и четвертом МОП транзисторах, включенных по схеме с общим истоком и имеющих разную структуру, первый и второй источники тока выполнены соответственно на пятом и шестом МОП транзисторах, включенных по схеме с общим истоком и имеющих структуру соответственно третьего и четвертого МОП транзисторов, при этом в цепи стока и истока каждого МОП транзистора введены соответствующие резисторы, причем точка соединения резисторов в цепях стоков первого и пятого МОП транзисторов подключена к затвору третьего МОП транзистора, точка соединения резисторов в цепях стоков второго и шестого МОП транзисторов подключена к затвору четвертого МОП транзистора, точка соединения резисторов в цепях истоков первого и второго МОП транзисторов является входом, точка соединения резисторов в цепях стоков третьего и четвертого МОП транзисторов - выходом малошумящего широкополосного усилителя тока, между шинами положительного и отрицательного напряжения питания которого введены последовательно соединенные с первого по четвертый прямосмещенные диоды, причем точка соединения второго и третьего прямосмещенных диодов подключена к общей шине, точка соединения первого и второго прямосмещенных диодов подключена к затворам первого и пятого МОП транзисторов, а точка соединения третьего и четвертого прямосмещенных диодов подключена к затворам второго и шестого МОП транзисторов.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема малошумящего широкополосного усилителя тока.

Схема усилителя содержит с первого по шестой МОП транзисторы 1 - 6, с первого по четвертый прямосмещенные диоды 7 - 10, резисторы 11 - 22, шины положительного 23, отрицательного 24 напряжения питания, общую шину 25, вход 26, выход 27.

Усилитель работает следующим образом.

Входной сигнал, поступая на вход 26, через объединенные выходы МОП транзисторов 1, 5 и 2, 6 передается к управляющим электродам соответствующих выходных комплементарных МОП транзисторов 3 и 4. В итоге на нагрузке, которая подключена между точками соединения выходных МОП транзисторов 3 и 4 (соединенных через резисторы 20 и 21), образуется усиленный выходной сигнал. Амплитуда выходного сигнала может регулироваться величиной отрицательной обратной связи, которая включается между выходом 27 и входом 26 усилителя.

Таким образом, применение способа когерентной автокомпенсации собственных шумов позволяет достичь решения поставленной задачи снижения входной емкости и шумов усилителя и тем самым повышения его прецизионности.

Формула изобретения

Малошумящий широкополосный усилитель тока, содержащий входной двухтактный каскад, выполненный на первом и втором МОП транзисторах, включенных по схеме с общим затвором, имеющих разную структуру, в цепи стоков которых включены, соответственно, первый и второй источники тока, соединенные с шинами, соответственно, положительного и отрицательного напряжения питания, и выходной двухтактный каскад, отличающийся тем, что выходной двухтактный каскад выполнен на третьем и четвертом МОП транзисторах, включенных по схеме с общим истоком и имеющих разную структуру, первый и второй источники тока выполнены, соответственно, на пятом и шестом МОП транзисторах, включенных по схеме с общим истоком и имеющих структуру, соответственно, третьего и четвертого МОП транзисторов, при этом в цепи стока и истока каждого МОП транзистора введены соответствующие резисторы, причем точка соединения резисторов в цепях стоков первого и пятого МОП транзисторов подключена к затвору третьего МОП транзистора, точка соединения резисторов в цепях стоков второго и шестого МОП транзисторов подключена к затвору четвертого МОП транзистора, точка соединения резисторов в цепях истоков первого и второго МОП транзисторов является входом, точка соединения резисторов в цепях стоков третьего и четвертого МОП транзисторов - выходом малошумящего широкополосного усилителя тока, между шинами положительного и отрицательного напряжения питания которого введены последовательно соединенные с первого по четвертый прямосмещенные диоды, причем точка соединения второго и третьего прямосмещенных диодов подключена к общей шине, точка соединения первого и второго прямосмещенных диодов подключена к затворам первого и пятого МОП транзисторов, а точка соединения третьего и четвертого прямосмещенных диодов подключена к затворам второго и шестого МОП транзисторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1