RU2383100C1 - Radiation-resistant voltage-to-current converter - Google Patents
Radiation-resistant voltage-to-current converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2383100C1 RU2383100C1 RU2009104547/09A RU2009104547A RU2383100C1 RU 2383100 C1 RU2383100 C1 RU 2383100C1 RU 2009104547/09 A RU2009104547/09 A RU 2009104547/09A RU 2009104547 A RU2009104547 A RU 2009104547A RU 2383100 C1 RU2383100 C1 RU 2383100C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- additional transistor
- additional
- input
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
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.).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for converting analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers, voltage multipliers, comparators, etc.).
Известны схемы классических преобразователей «напряжение-ток» (ПНТ) на основе дифференциальных каскадов с симметричной нагрузкой в виде резисторов (или p-n переходов) и местной отрицательной обратной связью, которые нашли широкое применение в современных аналоговых микросхемах [1-22], например смесителях и перемножителях сигналов.Known schemes of classical voltage-current converters (PNT) based on differential stages with a symmetrical load in the form of resistors (or pn junctions) and local negative feedback, which are widely used in modern analog microcircuits [1-22], for example, mixers and multipliers of signals.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является преобразователь «напряжение-ток», описанный в патенте США №6531920, фиг.1, содержащий источник сигнала 1, включенный между базами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, первый 4 и второй 5 токостабилизирующие двухполюсники, связанные с эмиттерами соответствующих первого 2 и второго 3 входных транзисторов, масштабирующий резистор 6, включенный между эмиттерами первого 2 и второго 3 входных транзисторов, цепь нагрузки 7, связанную с коллекторами первого 2 и второго 3 входных транзисторов и первым 8 и вторым 9 токовыми выходами устройства.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a voltage-current converter described in US patent No. 6531920, figure 1, containing a
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что погрешность его преобразования входного напряжения uвх в выходной ток (I8, I9) зависит от численных значений коэффициента усиления по току базы (β) входных транзисторов, который уменьшается в 5÷10 раз при воздействии потока нейтронов (F) и по литературным источникам при F=1013÷1014 n/с·см2 для биполярных n-p-n транзисторов достигает значения βmin=5÷10.A significant drawback of the known device is that the error in converting the input voltage u I to the output current (I 8 , I 9 ) depends on the numerical values of the current gain of the base (β) of the input transistors, which decreases by 5 ÷ 10 times when exposed neutron flux (F) and according to the literature at F = 10 13 ÷ 10 14 n / s · cm 2 for bipolar npn transistors reaches β min = 5 ÷ 10.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в снижении ошибки преобразования входного напряжения в выходной ток в условиях радиации. Это позволяет создавать на базе таких ПНТ прецизионные аналоговые перемножители сигналов, например для систем СВЧ-связи.The main objective of the invention is to reduce the error of converting the input voltage to the output current in radiation conditions. This allows you to create on the basis of such PNT precision analog signal multipliers, for example, for microwave communication systems.
Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе фиг.1, содержащем источник сигнала 1, включенный между базами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, первый 4 и второй 5 токостабилизирующие двухполюсники, связанные с эмиттерами соответствующих первого 2 и второго 3 входных транзисторов, масштабирующий резистор 6, включенный между эмиттерами первого 2 и второго 3 входных транзисторов, цепь нагрузки 7, связанную с коллекторами первого 2 и второго 3 входных транзисторов и первым 8 и вторым 9 токовыми выходами устройства, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 дополнительные транзисторы, база первого 10 дополнительного транзистора соединена с базой первого 2 входного транзистора, эмиттер первого 10 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру первого 2 входного транзистора, база второго 11 дополнительного транзистора подключена к первому 8 токовому выходу устройства, эмиттер второго 11 дополнительного транзистора соединен с коллектором первого 10 дополнительного транзистора, коллектор второго 11 дополнительного транзистора связан с источником питания 14, база третьего 12 дополнительного транзистора соединена с базой второго 3 входного транзистора, эмиттер третьего 12 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру второго 3 входного транзистора, база четвертого 13 дополнительного транзистора подключена ко второму 9 токовому выходу устройства, эмиттер четвертого 13 дополнительного транзистора соединен с коллектором третьего 12 дополнительного транзистора, коллектор четвертого 13 дополнительного транзистора связан с источником питания 14.This goal is achieved by the fact that in the known Converter of figure 1, containing a
На фиг.1 представлена схема устройства-прототипа. Схема заявляемого устройства и ее статические токи показаны на фиг.2.Figure 1 presents a diagram of a prototype device. The circuit of the claimed device and its static currents are shown in figure 2.
На фиг.3 показана схема фиг.2 и приращения токов, вызванные входным сигналом.FIG. 3 shows a diagram of FIG. 2 and current increments caused by an input signal.
На фиг.4 показана схема фиг.2 для случая, когда транзисторы 2 и 10, а также 3 и 12 выполнены в виде двухколлекторных транзисторов с общей эмиттерной цепью.Figure 4 shows the circuit of figure 2 for the case when the
На фиг.5 показана схема преобразователя «напряжение-ток», в котором за счет дополнительных дифференциальных каскадов 17 и 18 введена отрицательная обратная связь, что обеспечивает дальнейшее повышение точки преобразования5 shows a voltage-current converter circuit in which negative feedback is introduced due to additional
uвх в iвых схемы фиг.2.u Rin in scheme i O 2.
На фиг.6 приведена схема ПНТ-прототипа в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».Figure 6 shows a diagram of the PNT prototype in the environment of computer simulation PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На фиг.7 приведена схема заявляемого устройства в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».Figure 7 shows a diagram of the inventive device in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
Результаты компьютерного моделирования схем фиг.6 и 7 приведены на фиг.8 и 9. При этом на фиг.8 β=40, а на фиг.9 β=4.The results of computer simulation of the circuits of Figs. 6 and 7 are shown in Figs. 8 and 9. Moreover, in Fig. 8 β = 40, and in Fig. 9 β = 4.
Преобразователь «напряжение-ток» фиг.2 содержит входной источник сигнала 1, включенный между базами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, первый 4 и второй 5 токостабилизирующие двухполюсники, связанные с эмиттерами соответствующих первого 2 и второго 3 входных транзисторов, масштабирующий резистор 6, включенный между эмиттерами первого 2 и второго 3 входных транзисторов, цепь нагрузки 7, связанную с коллекторами первого 2 и второго 3 входных транзисторов и первым 8 и вторым 9 токовыми выходами устройства. В схему введены первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 дополнительные транзисторы, база первого 10 дополнительного транзистора соединена с базой первого 2 входного транзистора, эмиттер первого 10 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру первого 2 входного транзистора, база второго 11 дополнительного транзистора подключена к первому 8 токовому выходу устройства, эмиттер второго 11 дополнительного транзистора соединен с коллектором первого 10 дополнительного транзистора, коллектор второго 11 дополнительного транзистора связан с источником питания 14, база третьего 12 дополнительного транзистора соединена с базой второго 3 входного транзистора, эмиттер третьего 12 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру второго 3 входного транзистора, база четвертого 13 дополнительного транзистора подключена ко второму 9 токовому выходу устройства, эмиттер четвертого 13 дополнительного транзистора соединен с коллектором третьего 12 дополнительного транзистора, коллектор четвертого 13 дополнительного транзистора связан с источником питания 14.The voltage-current Converter of figure 2 contains an
В схеме фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, цепь нагрузки 7 связана с коллекторами первого 2 и второго 3 входных транзисторов через первый 15 и второй 16 р-n переходы.In the circuit of FIG. 2, in accordance with
В схеме фиг.5 за счет введения дифференциальных каскадов 17 и 18 обеспечивается минимизация влияния сопротивлений эмиттера и базы транзисторов 2, 10 и 3, 12 на погрешность преобразования uвх в выходной ток.In the circuit of FIG. 5, by introducing
Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2 в статическом режиме, а затем схемы фиг.3 на переменном токе.Consider the operation of the inventive device of figure 2 in static mode, and then the circuit of figure 3 on alternating current.
В схеме фиг.2 при uвх=0 выходные токи I8 и I9 складываются из нескольких составляющихIn the circuit of figure 2, with u in = 0, the output currents I 8 and I 9 are composed of several components
где Iэ.i(Iб.i) - статический ток эмиттера (ток базы) i-го транзистора.where I e. i (I b. i ) is the emitter static current (base current) of the i-th transistor.
ПричемMoreover
где βi - статический коэффициент усиления по току базы i-го транзистора;where β i is the static current gain of the base of the i-th transistor;
I4, I5 - токи двухполюсников 4 и 5.I 4 , I 5 - currents of two-
Таким образом, с учетом (3) можно найтиThus, taking into account (3), we can find
Из (4) и (5) следует, что существенная (но идентичная) деградация β транзисторов 11 и 2, 13 и 3 не приводит к дополнительной статической ошибке δI преобразования uвх в токи I8 и I9
From (4) and (5) it follows that a significant (but identical) degradation of
где Where
В ПНТ-прототипе фиг.1In the PNT prototype of figure 1
Если принять, что при повышенной радиации β транзисторов уменьшается (β2=β3=10), то относительная ошибка преобразования в ПНТ фиг.1 достигает 10%, а в заявляемом устройстве как минимум на порядок меньше.If we assume that with increased radiation β transistors decreases (β 2 = β 3 = 10), then the relative conversion error in PNT figure 1 reaches 10%, and in the inventive device at least an order of magnitude less.
Аналогичные выводы о погрешности преобразования uвх на переменном токе можно сделать в результате анализа схемы фиг.3, для которой при R6»rэ2≈rэ3 переменные составляющие выходных токовSimilar conclusions about the conversion error Rin u ac can make the result of
где Where
R6 - сопротивление резистора 6;R 6 is the resistance of the
- сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 2 и 3. - resistance of the emitter junctions of
Таким образом, переменные токи выходов 8 и 9Thus, the alternating currents of
Следовательно, относительная погрешность крутизны преобразования uвх в iвых в схеме фиг.3 получается достаточно малойTherefore, the relative error of the steepness of the conversion of u in to i out in the scheme of Fig. 3 is quite small
Полученные выше теоретические выводы совпадают с результатами компьютерного моделирования схемы фиг.7 - абсолютная погрешность преобразования тока через резистор 6, пропорционального uвх, в выходной ток предлагаемого ПНТ в 7-10 раз меньше, чем в ПНТ-прототипе. При этом эффект воздействия радиации в схемах моделировался существенным снижением β транзисторов (фиг.8 - β=40, фиг.9 - β=4).The theoretical conclusions obtained above coincide with the results of computer simulation of the scheme of Fig. 7 - the absolute error of the current conversion through the
В частном случае коллекторы транзисторов 11 и 13 могут быть использованы как дополнительные токовые выходы ПНТ.In the particular case, the collectors of
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент США №5666888.1. US patent No. 56666888.
2. Патент США №5767741.2. US Patent No. 5767741.
3. Патентная заявка 20020053935.3. Patent application 20020053935.
4. Патент США №5550.512.4. US Patent No. 5550.512.
5. Патент США 5256984.5. US patent 5256984.
6. Патент США №4439696.6. US patent No. 4439696.
7. А.св. СССР 600545.7. A. St. USSR 600545.
8. Патент США 5389893.8. US patent 5389893.
9. Патент США 5914639.9. US patent 5914639.
10. Патент США 5521544.10. US patent 5521544.
11. Патент США №4721920.11. US patent No. 4721920.
12. Патентная заявка 20040251965 А1.12. Patent application 20040251965 A1.
13. Патент США №5065112.13. US patent No. 5065112.
14. Патент США №5521544.14. US patent No. 5521544.
15. Патент США №4288707.15. US patent No. 4288707.
16. Патент США №5774020.16. US Patent No. 5774020.
17. Патент США №4498053.17. US patent No. 4498053.
18. Патент США №5610547, фиг.19.18. US patent No. 5610547, Fig.19.
19. Патент США №6369618, фиг.2.19. US patent No. 6369618, figure 2.
20. Патент США №6111463, фиг.1.20. US patent No. 6111463, figure 1.
21. Патент США №5610547.21. US patent No. 5610547.
22. Патент США 4385364.22. U.S. Patent 4,385,364.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104547/09A RU2383100C1 (en) | 2009-02-10 | 2009-02-10 | Radiation-resistant voltage-to-current converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104547/09A RU2383100C1 (en) | 2009-02-10 | 2009-02-10 | Radiation-resistant voltage-to-current converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2383100C1 true RU2383100C1 (en) | 2010-02-27 |
Family
ID=42127971
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009104547/09A RU2383100C1 (en) | 2009-02-10 | 2009-02-10 | Radiation-resistant voltage-to-current converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2383100C1 (en) |
-
2009
- 2009-02-10 RU RU2009104547/09A patent/RU2383100C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2383100C1 (en) | Radiation-resistant voltage-to-current converter | |
RU2331964C1 (en) | Voltage-to-current converter | |
RU2331971C1 (en) | Differential amplifier with extended rating of operation | |
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2615070C1 (en) | High-precision two-stage differential operational amplifier | |
RU2319296C1 (en) | Fast action differential amplifier | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2439778C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2568318C1 (en) | Multidifferential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2621289C1 (en) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain | |
RU2469465C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2416150C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2421894C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2436226C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2474954C1 (en) | Current mirror | |
RU2420862C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2604684C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier based on "bent" cascade | |
RU2458456C1 (en) | Analog mixer of two signals | |
RU2390922C1 (en) | Controlled amplifier and analogue multiplier of signals on its basis | |
RU2389072C1 (en) | Analog multiplier of two signals | |
RU2402154C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130211 |