RU2176850C1

RU2176850C1 - Low-noise wide-band current amplifier

Info

Publication number: RU2176850C1
Application number: RU2000126341A
Authority: RU
Inventors: В.В. Олексенко; А.П. Колесников
Original assignee: Олексенко Виктор Викторович; Колесников Александр Порфирьевич
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2001-12-10

Abstract

FIELD: electronics, measurement technology, automatics, pre-amplifier stages of devices of linear current amplification. SUBSTANCE: amplifier includes input and output push-pull stages based on MOS transistors 1-4 having different structures, common gate, common source, current sources placed on MOS transistors 5, 6 and resistors 11-22. EFFECT: reduced input capacitance and noise. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронике, измерительной технике, автоматике и может использоваться в предварительных каскадах устройств линейного усиления тока. The invention relates to electronics, measuring equipment, automation and can be used in preliminary stages of linear current amplification devices.

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]. Known current amplifier, operating in a wide dynamic range and with low power consumption, made by a push-pull circuit on MOS transistors included in each arm according to the common gate - common source circuit and having a different structure [US patent N 6014056, class. H 03 F 3/26, published. 01/11/2000].

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]. However, the known current amplifier does not have high accuracy when transmitting a high-frequency signal. The closest technical solution is a low-noise wide-band current amplifier containing an input push-pull stage made on the first and second MOS transistors connected according to a common-gate circuit, having a different structure, the first and second current sources connected to the buses, respectively, are connected in the drain circuit thereof, respectively positive and negative supply voltage, and the output push-pull cascade [US patent N 4893091, class. H 03 F 34/45, 3/30, published. 01/09/1990, FIG. 4].

Недостатками этого известного устройства являются высокая входная емкость и достаточно высокие шумовые параметры, снижающие прецизионность высокочастотного усилителя тока. The disadvantages of this known device are the high input capacitance and sufficiently high noise parameters that reduce the precision of the high-frequency current amplifier.

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. The objective of the present invention is to reduce the input capacitance and noise due to the use in the amplifier of a method of coherent self-compensation of intrinsic noise, the essence of which is as follows. In the amplifier, to control successively connected output transistors, control signals coherent with their own noises are automatically generated, but in antiphase to their own noises. As a result of such formation of control signals at the output of the series-connected output transistors, the antiphase coherent signals are subtracted and do not enter the load, which is completely equivalent to reducing the internal noise of the amplifier as a whole.

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. Thus, the problem is solved in that in a low-noise wide-band current amplifier containing an input push-pull cascade made on the first and second MOS transistors connected according to a common-gate circuit having a different structure, the first and second current sources are included in the drain circuit, respectively connected to the buses, respectively, positive and negative supply voltage, and the output push-pull cascade, the output push-pull cascade is made on the third and fourth MOS transistors connected via a circuit with a common source and having a different structure, the first and second current sources are made on the fifth and sixth MOS transistors, respectively, connected according to the scheme with a common source and having the structure of the third and fourth MOS transistors respectively, while the drain and source circuits of each MOS transistor are introduced corresponding resistors, and the connection point of the resistors in the drain circuits of the first and fifth MOS transistors is connected to the gate of the third MOS transistor, the connection point of the resistors in the drain circuits of the second and six MOS transistors the nsistor is connected to the gate of the fourth MOS transistor, the connection point of the resistors in the source circuits of the first and second MOS transistors is the input, the connection point of the resistors in the drain circuits of the third and fourth MOS transistors is the output of a low-noise wide-band current amplifier, between which the positive and negative supply voltage buses are introduced in series connected from the first to fourth forward-biased diodes, and the connection point of the second and third forward-biased diodes is connected to a common bus, the connection point of the first and second forward biased diodes is connected to the gates of the first and fifth MOS transistors, and the connection point of the third and fourth forward biased diodes is connected to the gates of the second and six MOS transistors.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема малошумящего широкополосного усилителя тока. The drawing shows a circuit diagram of a low-noise broadband current amplifier.

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. The amplifier circuit contains, from the first through the sixth MOSFETs, transistors 1–6, from the first through the fourth forward-biased diodes 7–10, resistors 11–22, buses of positive 23, negative 24 of the supply voltage, a common bus 25, input 26, output 27.

Усилитель работает следующим образом. The amplifier operates as follows.

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. The input signal arriving at input 26, through the combined outputs of the MOS transistors 1, 5 and 2, 6, is transmitted to the control electrodes of the corresponding output complementary MOS transistors 3 and 4. As a result, at the load, which is connected between the connection points of the output MOS transistors 3 and 4 ( connected through resistors 20 and 21), an amplified output signal is generated. The amplitude of the output signal can be controlled by the amount of negative feedback that is turned on between the output 27 and the input 26 of the amplifier.

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. Thus, the application of the method of coherent self-compensation of intrinsic noise allows us to achieve a solution to the problem of reducing the input capacitance and noise of the amplifier and thereby increase its precision.

Claims

A low-noise wide-band current amplifier containing an input push-pull stage performed on the first and second MOS transistors connected according to a common-gate circuit, having a different structure, in the drain circuit of which are included, respectively, the first and second current sources connected to the buses, respectively, of positive and a negative supply voltage, and an output push-pull cascade, characterized in that the output push-pull cascade is made on the third and fourth MOS transistors included in the circuit with a common source and having different structure, the first and second current sources are made, respectively, on the fifth and sixth MOS transistors, connected according to the scheme with a common source and having the structure, respectively, of the third and fourth MOS transistors, while the corresponding resistors are introduced into the drain and source circuits of each MOS transistor moreover, the connection point of the resistors in the drain circuits of the first and fifth MOS transistors is connected to the gate of the third MOS transistor, the connection point of the resistors in the drain circuits of the second and six MOS transistors is connected to the gate The main point of the fourth MOS transistor, the connection point of the resistors in the source circuits of the first and second MOS transistors is the input, the connection point of the resistors in the drain circuits of the third and fourth MOS transistors is the output of a low-noise wide-band current amplifier, between which positive and negative supply voltage buses are connected in series with the first the fourth forward-biased diodes, the connection point of the second and third forward-biased diodes connected to a common bus, the connection point of the first and torogo forward-biased diode is connected to the gates of the first and fifth MOS transistors, and the connection point of the third and fourth forward-biased diode is connected to the gates of the second and sixth MOS transistors.