ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ТОКА
BROAD-BAND CURRENT AMPLIFIER

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, СВЧ-усилителях, смесителях и перемножителях сигналов и т.п.).
В современной микроэлектронике широко применяются так называемые усилители тока Гильберта [1]. Их основное достоинство - широкий диапазон рабочих частот и наиболее полное использование высокочастотных свойств применяемых транзисторов. Такие усилители стали базовым функциональным узлом многих СВЧ-изделий [1-17].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является широкополосный усилитель, описанный в патенте фирмы Siemens US 4.277.756 (фиг.1). Кроме этого данная архитектура присутствует во многих других публикациях [1-17]. ШУ-прототип содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых объединены и подключены к источнику напряжения смещения 3, эмиттер первого 1 входного транзистора связан со входом 4 широкополосного усилителя тока и первым 5 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго 2 входного транзистора соединен со вторым 6 токостабилизирующим двухполюсником, первый 7 вспомогательный транзистор, коллектор которого подключен к коллектору первого 1 входного транзистора и первому 8 токовому выходу широкополосного усилителя тока, второй 9 вспомогательный транзистор, коллектор которого соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и вторым 10 токовым выходом широкополосного усилителя тока, а база соединена со входом 4 широкополосного усилителя тока, третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с объединенными эмиттерами первого 7 и второго 9 вспомогательных транзисторов.
п
Существенный недостаток известного ШУ состоит в том, что он не работоспособен при напряжениях питания . Это не позволяет использовать данную архитектуру в схеме с Е=1,5В, а также при ее изготовлении по СВЧ SiGe-технологиям с малыми топологическими нормами, которые не допускают работу транзисторов при .
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в снижении допустимого напряжения питания до 1,5 В при сохранении всех основных качественных показателей широкополосного усилителя тока.
Поставленная задача достигается тем, что в широкополосном усилителе тока фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых объединены и подключены к источнику напряжения смещения 3, эмиттер первого 1 входного транзистора связан со входом 4 широкополосного усилителя тока и первым 5 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго 2 входного транзистора соединен со вторым 6 токостабилизирующим двухполюсником, первый 7 вспомогательный транзистор, коллектор которого подключен к коллектору первого 1 входного транзистора и первому 8 токовому выходу широкополосного усилителя тока, второй 9 вспомогательный транзистор, коллектор которого соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и вторым 10 токовым выходом широкополосного усилителя тока, а база соединена со входом 4 широкополосного усилителя тока, третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с объединенными эмиттерами первого 7 и второго 9 вспомогательных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - эмиттер первого 1 входного транзистора связан со входом 4 широкополосного усилителя тока через первый 12 прямосмещенный p-n переход, между базой первого 7 вспомогательного транзистора и эмиттером второго 2 входного транзистора включен второй 13 прямосмещенный p-n переход, причем к базе первого 7 вспомогательного транзистора подключен первый 14 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, а к базе второго 9 вспомогательного транзистора подключен второй 15 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник.
Схема заявляемого устройства, соответствующего п.1 формулы изобретения, показана на чертеже фиг.2, а пункту 2 - на чертеже фиг.3.
На чертеже фиг.4 представлена схема заявляемого ШУ (фиг.2) в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов, а на чертеже фиг.5 - зависимость его коэффициента усиления по току от частоты.
Широкополосный усилитель тока фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых объединены и подключены к источнику напряжения смещения 3, эмиттер первого 1 входного транзистора связан со входом 4 широкополосного усилителя тока и первым 5 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго 2 входного транзистора соединен со вторым 6 токостабилизирующим двухполюсником, первый 7 вспомогательный транзистор, коллектор которого подключен к коллектору первого 1 входного транзистора и первому 8 токовому выходу широкополосного усилителя тока, второй 9 вспомогательный транзистор, коллектор которого соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и вторым 10 токовым выходом широкополосного усилителя тока, а база соединена со входом 4 широкополосного усилителя тока, третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с объединенными эмиттерами первого 7 и второго 9 вспомогательных транзисторов. Эмиттер первого 1 входного транзистора связан со входом 4 широкополосного усилителя тока через первый 12 прямосмещенный p-n переход, между базой первого 7 вспомогательного транзистора и эмиттером второго 2 входного транзистора включен второй 13 прямосмещенный p-n переход, причем к базе первого 7 вспомогательного транзистора подключен первый 14 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, а к базе второго 9 вспомогательного транзистора подключен второй 15 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник.
В схеме фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения первый 14 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник включен между базой первого 7 вспомогательного транзистора и источником напряжения смещения 3, а второй 15 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник включен между базой второго 9 вспомогательного транзистора и источником напряжения смещения 3.
Рассмотрим работу ШУ фиг.1 и фиг.3 (фиг.2).
В ШУ-прототипе фиг.1 при его практической реализации минимальное напряжение питания  определяется тремя p-n переходами, поэтому .
кэ.min
Статический режим транзисторов схемы фиг.3 устанавливается двухполюсниками 5, 6, 11, 15, 14. За счет новых связей токостабилизирующие двухполюсники 5, 11, 6 реализуются по одинаковым (традиционным) схемам, например, на биполярных транзисторах и имеют одинаковое минимальное напряжение, при котором их транзисторы не входят в насыщение (U=0,7 В). В результате схема фиг.3 (фиг.2) может иметь малое напряжение питания .
На переменном токе ШУ фиг.4 имеет такие же характеристики (фиг.5), что и известное устройство, - обеспечивает усиление сигналов до частоты 10-15 ГГц.
Таким образом, заявляемое устройство выполняет функции СВЧ-усилителя тока при напряжении питания .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Barrie Gilbert. A Precise Four-Quadrant Multiplier with Subnanosecond Response / IEEE Journal of Solid-State circuits, vol. sc-3, no.4, December 1968. - С.365-373.
2. Патент США №2.013.444 Н3Т.
3. Патент США №4.277.756.
4. Патент Японии JP 54-34308(9815) A21.
5. Патент США №4.048.577, фиг.1.
6. Патентная заявка США №2009/0219094.
7. Патент WO №03/044948, фиг.2.
8. Патент США №3.760.194, фиг.2.
9. Патент США №3.931.583, фиг.7.
10. Патент США №4.528.517.
11. Патент США №3.843.934, фиг.1.
12. Патент США №6.529.075, фиг.1.
13. Патент 1454411.
14. Патент США №4.322.688.
15. Патент США №6.529.075, фиг.1.
16. Патентная заявка Японии JP 2004/88498, фиг.2.
17. Ю.С.Ежков. Справочник по схемотехнике усилителей. Изд. 2-е. М.: РадиоСофт, 2002. - С.240, рис.8.53.