RU2292632C1 - Differential amplifier - Google Patents
Differential amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292632C1 RU2292632C1 RU2005119326/09A RU2005119326A RU2292632C1 RU 2292632 C1 RU2292632 C1 RU 2292632C1 RU 2005119326/09 A RU2005119326/09 A RU 2005119326/09A RU 2005119326 A RU2005119326 A RU 2005119326A RU 2292632 C1 RU2292632 C1 RU 2292632C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- transistors
- emitters
- npn
- pnp
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
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, операционных усилителях (ОУ)).The invention relates to the field of radio engineering and communications and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps)).
Известны схемы дифференциальных усилителей (ДУ), реализованных на основе двух параллельно-включенных дифференциальных каскадов (ДК) с источниками опорного тока в эмиттерных цепях входных транзисторов (так называемые «dual input stage») [1-20]. По такой архитектуре, на модификации которой выдано около 100 патентов различных стран, выполнены операционные усилители ведущих микроэлектронных фирм (AD8631, AD8632, НА2539 и др.). Однако в практических схемах известных ДУ коэффициент ослабления входного синфазного сигнала (Кос.сф) получается небольшим (50-60 дБ). Это связано с тем, что выходное сопротивление простейших источников опорного тока на основе токовых зеркал, обеспечивающих наиболее широкий диапазон изменения входных синфазных напряжений ДК, оказывается небольшим (30-100 кОм).There are known schemes of differential amplifiers (DE), implemented on the basis of two parallel-connected differential stages (DC) with reference current sources in the emitter circuits of input transistors (the so-called "dual input stage") [1-20]. According to this architecture, the modification of which issued about 100 patents of various countries, the operational amplifiers of leading microelectronic companies (AD8631, AD8632, HA2539, etc.) were made. However, in practical circuits of the known DEs, the attenuation coefficient of the input common-mode signal (K os.sf ) is small (50-60 dB). This is due to the fact that the output resistance of the simplest sources of the reference current based on current mirrors, which provide the widest range of variation of the input common-mode voltage of the DC, is small (30-100 kOhm).
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в патенте США № 5.153.529 H 03 f 3/45, содержащий первый 1 n-p-n и второй 2 p-n-p входные транзисторы, базы которых соединены с первым 3 входом дифференциального усилителя, третий 4 n-p-n и четвертый 5 p-n-p входные транзисторы, базы которых соединены со вторым входом 6 дифференциального усилителя, первый 7 и второй 8 источники опорного тока, согласованные соответственно с шиной положительного 9 и отрицательного 10 источников питания, причем эмиттеры первого 1 и третьего 4 n-p-n входных транзисторов объединены, второго 2 и четвертого 5 p-n-p входных транзисторов - связаны друг с другом, а коллекторы третьего 4 p-n-p и четвертого 5 n-p-n входных транзисторов подключены к первым синфазным входам 11 и 12 сумматора тока 13, выход которого 14 является выходом дифференциального усилителя. Кроме этого коллекторы транзисторов 1 и 2 связаны со вторыми синфазными входами сумматора токов 13, которые обеспечивают сдвиг фазы сигнала относительно первых синфазных входов 11 и 12 на 180°.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier described in US patent No. 5.153.529 H 03
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет невысокое ослабление входных синфазных сигналов.A significant drawback of the known remote control is that it has a low attenuation of the input common-mode signals.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов ДУ.The main objective of the invention is to increase the attenuation coefficient of the input common mode signals of the remote control.
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальный усилитель фиг.1, содержащий первый 1 n-p-n и второй 2 p-n-p входные транзисторы, базы которых соединены с первым 3 входом дифференциального усилителя, третий 4 n-p-n и четвертый 5 p-n-p входные транзисторы, базы которых соединены со вторым входом 6 дифференциального усилителя, первый 7 и второй 8 источники опорного тока, согласованные соответственно с шиной положительного 9 и отрицательного 10 источников питания, причем эмиттеры первого 1 и третьего 4 n-p-n входных транзисторов объединены, второго 2 и четвертого 5 p-n-p входных транзисторов связаны друг с другом, а коллекторы третьего 4 p-n-p и четвертого 5 n-p-n входных транзисторов подключены к входам 11 и 12 сумматора тока 13, выход которого 14 является выходом дифференциального усилителя, вводятся новые элементы и связи между ними (фиг.2) - в схему введены первый p-n-p 15 и второй n-p-n 16 дополнительные транзисторы, базы которых подключены соответственно к объединенным эмиттерам первого 1 и третьего 4 входных n-p-n транзисторов и объединенным эмиттерам второго 2 и четвертого 5 p-n-p входных транзисторов, эмиттеры соединены с выходами соответствующих первого 7 и второго 8 источников опорного тока, согласованных с шиной положительного 9 и отрицательного 10 источников питания, причем коллектор первого дополнительного p-n-p транзистора 15 соединен с входом 17 первого вспомогательного токового зеркала 18, выход 19 которого связан с эмиттерами первого 1 и третьего 4 входных n-p-n транзисторов, а коллектор второго дополнительного n-p-n транзистора 16 соединен с входом 20 второго вспомогательного токового зеркала 21, выход 22 которого связан с эмиттерами второго 2 и четвертого 5 входных p-n-p транзисторов.This goal is achieved in that in the differential amplifier of figure 1, containing the first 1 npn and second 2 pnp input transistors, the bases of which are connected to the first 3 input of the differential amplifier, the third 4 npn and fourth 5 pnp input transistors, the bases of which are connected to the
Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения показана на фиг.2.The diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 показаны направления токов и напряжений схемы фиг.2 при подаче на входы 3 и 6 входного синфазного сигнала uc=uc1=uc2. На фиг.4 приведена схема ДУ фиг.2 с конкретным выполнением функциональных узлов 7, 8, 18, 21, 13.Figure 3 shows the directions of currents and voltages of the circuit of figure 2 when applying to the
На фиг.5 сумматор тока 13 выполнен на основе так называемого «перегнутого» каскода.In Fig.5, the
Схема заявляемого ДУ в соответствии с п.2 формулы изобретения приведена на фиг.6.The scheme of the claimed remote control in accordance with
На фиг.7-8 показана схема ДУ-прототипа фиг.1 в среде компьютерного моделирования PSpice. Причем в схеме фиг.7 используются реальные, а в схеме фиг.8 - идеальные источники опорного тока 7 (I1) и 8 (I2).7-8 shows a diagram of the remote control prototype of figure 1 in the environment of computer simulation PSpice. Moreover, in the circuit of Fig. 7, real ones are used, and in the circuit of Fig. 8, ideal sources of the reference current 7 (I 1 ) and 8 (I 2 ).
На фиг.9 приведена схема заявляемого устройства (фиг.2) в среде PSpice.Figure 9 shows a diagram of the inventive device (figure 2) in the environment of PSpice.
На фиг.1-10 приняты следующие обозначения:Figure 1-10 adopted the following notation:
Ку.1 - коэффициент передачи по напряжению дифференциального сигнала ДУ фиг.8.To 1 - the voltage transfer coefficient of the differential signal of the remote control of Fig.8.
Ку.2 - коэффициент передачи по напряжению дифференциального сигнала ДУ фиг.9.To y.2 - the transmission coefficient of the voltage of the differential signal of the remote control of Fig.9.
Ку.3 - коэффициент передачи по напряжению дифференциального сигнала ДУ фиг.7.To y.3 - the transmission coefficient of the voltage of the differential signal of the remote control of Fig.7.
Ксф.1 - коэффициент передачи по напряжению синфазного сигнала ДУ фиг.8.To sf.1 - the transmission coefficient of the voltage in-phase signal of the remote control Fig.
Ксф.2 - коэффициент передачи по напряжению синфазного сигнала ДУ фиг.9.To sf.2 - transmission coefficient of voltage in-phase signal of the remote control of Fig.9.
Ксф.3 - коэффициент передачи по напряжению синфазного сигнала ДУ фиг.7.To sf.3 - transmission coefficient of voltage in-phase signal remote control of Fig.7.
- коэффициент ослабления входного синфазного сигнала. - attenuation coefficient of the input common mode signal.
Графики фиг.10 характеризуют частотную зависимость дифференциальных коэффициентов усиления по напряжению ДУ фиг.7 (прототип) (Ку3), ДУ фиг.8 (Kу1) и ДУ фиг.9 заявляемого устройства (Ку2), а также их коэффициентов передачи синфазного сигнала Ксф.1 (фиг.8), Ксф.2 (фиг.9), Ксф.3 (фиг.7).The graphs of Fig. 10 characterize the frequency dependence of the differential voltage gains of the control unit of Fig. 7 (prototype) (K y3 ), the control unit of Fig. 8 (K y1 ) and the control unit of Fig. 9 of the inventive device (K y2 ), as well as their common-mode transmission coefficients signal To sf. 1 (Fig. 8), To sf . 2 (Fig. 9), To s . 3 (Fig. 7).
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 n-p-n и второй 2 p-n-p входные транзисторы, базы которых соединены с первым 3 входом дифференциального усилителя, третий 4 n-p-n и четвертый 5 p-n-p входные транзисторы, базы которых соединены со вторым входом 6 дифференциального усилителя, первый 7 и второй 8 источники опорного тока, согласованные соответственно с шиной положительного 9 и отрицательного 10 источников питания, причем эмиттеры первого 1 и третьего 4 n-p-n входных транзисторов объединены, второго 2 и четвертого 5 p-n-p входных транзисторов связаны друг с другом, а коллекторы третьего 4 p-n-p и четвертого 5 n-p-n входных транзисторов подключены к первым синфазным входам 11 и 12 сумматора тока 13, выход которого 14 является выходом дифференциального усилителя. В схему введены первый p-n-p 15 и второй n-p-n 16 дополнительные транзисторы, базы которых подключены соответственно к объединенным эмиттерам первого 1 и третьего 4 входных n-p-n транзисторов и объединенным эмиттерам второго 2 и четвертого 5 p-n-p входных транзисторов, эмиттеры соединены с выходами соответствующих первого 7 и второго 8 источников опорного тока, согласованных с шиной положительного 9 и отрицательного 10 источников питания, причем коллектор первого дополнительного p-n-p транзистора 15 соединен со входом 17 первого вспомогательного токового зеркала 18, выход 19 которого связан с эмиттерами первого 1 и третьего 4 входных n-p-n транзисторов, а коллектор второго дополнительного n-p-n транзистора 16 соединен со входом 20 второго вспомогательного токового зеркала 21, выход 22 которого связан с эмиттерами второго 2 и четвертого 5 входных p-n-p транзисторов.The differential amplifier of figure 2 contains the first 1 npn and second 2 pnp input transistors, the bases of which are connected to the first 3 input of the differential amplifier, the third 4 npn and fourth 5 pnp input transistors, the bases of which are connected to the
В дифференциальном усилителе фиг.6 сумматор тока 13 кроме первых синфазных входов 11 и 12 имеет вторые синфазные входы 23, 24. Причем относительно первых синфазных входов 11 и 12 вторые синфазные входы 23, 24 обеспечивают сдвиг фазы входных сигналов на 180°.In the differential amplifier of FIG. 6, the
Рассмотрим работу заявляемого ДУ фиг.3 (фиг.2).Consider the operation of the claimed remote control of figure 3 (figure 2).
Входной синфазный сигнал uc=uc1=uc2 практически с единичным коэффициентом передачи поступает в эмиттерные цепи дифференциальных каскадов на транзисторах 1, 4 и 2, 5, а также источники опорного тока 7 и 8:The input common-mode signal u c = u c1 = u c2 with almost a single transmission coefficient is fed to the emitter circuits of differential stages on
Это приводит к изменению выходного тока токовых зеркал 18 и 21 и токов эмиттеров транзисторов 15 и 16:This leads to a change in the output current of the
где y18, y21, y7, y8 - выходные проводимости токовых зеркал 18, 21 и источников опорного тока 7 и 8.where y 18 , y 21 , y 7 , y 8 are the output conductivities of
Приращения токов i7 и i8 передаются в цепи коллекторов транзисторов 15 и 16, а затем через токовые зеркала 18 и 21 - в общие эмиттерные цепи дифференциальных каскадов. Как следствие суммарные токи общих эмиттерных цепей ДК на транзисторах 1, 4 и 2, 5:The increments of currents i 7 and i 8 are transmitted to the collector circuits of
где Ki18, Ki21 - коэффициенты передачи по току токовых зеркал 18 и 21;where K i18 , K i21 are the current transfer coefficients of the
α15, α16 - коэффициенты передачи по току эмиттера транзисторов 15 и 16.α 15 , α 16 - current transfer coefficients of the emitter of
Или после преобразований (3)Or after the transformation (3)
Поэтому выходной ток сумматора 13, усиленный в Кi13-раз, равенTherefore, the output current of the
Учитывая, что Кi21≈α16≈1, из (5) находим, что выходной ток ДУ, обусловленный наличием на его входах 3 и 6 синфазного сигналаGiven that K i21 ≈α 16 ≈1, from (5) we find that the output current of the remote control due to the presence of in-
В практических схемах источник опорного тока 7 и токовое зеркало 21, а также источник опорного тока 8 и токовое зеркало 18 выполняются по одним и тем же схемам и имеют одинаковые выходные транзисторы и их статический режим. Как следствие, их выходные проводимости равны y18=y8, y21=y7. Причем для интегральных n-p-n и p-n-p транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» выполняются неравенства y8≪y7, y21≫y18. Поэтому в заявляемом ДУ выходной сигнал, обусловленный напряжением на выходах 3 и 6 синфазной составляющей входного напряжения равен нулю, что свидетельствует о высоких значениях коэффициента ослабления входных синфазных сигналов Кос.сф. Практически Кос.сф в заявляемом ДУ определяется неидентичностью сопротивлений коллекторных переходов транзисторов 1, 4 и 2, 5, которые оказывают на 1-2 порядка меньшее влияние на Кос.сф, чем выходные проводимости источника опорного тока. Таким образом в ДУ фиг.2 за счет введения новых связей существенно ослабляется прохождение синфазного сигнала на выход 14. Полученные выше теоретические выводы подтверждаются результатами компьютерного моделирования (фиг.10) ДУ фиг.7-9. Из графиков фиг.10 следует, что:In practical schemes, the reference
1. Коэффициент передачи входного синфазного сигнала Ксф.2 в заявляемом ДУ (фиг.9) в 40-50 раз меньше Ксф.3 ДУ-прототипа (фиг.7) и близок по величине Ксф.1 ДУ (фиг.8) с идеальными источниками опорного тока 7 и 8.1. The transfer coefficient of the input common-mode signal To sf.2 in the inventive remote control ( Fig.9 ) is 40-50 times less than To sf.3 DU prototype (Fig.7) and is close in magnitude To sf.1 DU (Fig.8) ) with ideal reference
2. Коэффициенты передачи дифференциального сигнала заявляемого ДУ и ДУ-прототипа приблизительно одинаковы.2. The transmission coefficients of the differential signal of the claimed remote control and remote control prototype are approximately the same.
3. Коэффициент ослабления входного синфазного сигнала Кос.сф заявляемого ДУ в 50-80 раз лучше, чем Кос.сф ДУ-прототипа.3. The attenuation coefficient of the input common-mode signal K OS.sf of the claimed remote control is 50-80 times better than K OS.sf of the remote control prototype.
Библиографический списокBibliographic list
1. Патент РФ № 2193273, H 03 F 3/45.1. RF patent No. 2193273, H 03
2. Патент Японии № 53-25232, H 03 F 3/26, 98(5) А332.2. Japan Patent No. 53-25232, H 03
3. Патент US 2001/0052818 A1, H 03 F, 3/45.3. Patent US 2001/0052818 A1,
4. Патент Японии № JP 8222972.4. Japanese Patent No. JP 8222972.
5. Авт. Свид. СССР № 611288.5. Auth. Testimonial. USSR No. 611288.
6. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. - М.: Радио и связь, 1989. - стр.103. Рис.6.11.6. Matavkin V.V. High-speed operational amplifiers. - M.: Radio and Communications, 1989. - p. 103. Figure 6.11.
7. Патент США № 6.366.170 В1, H 03 F/45.7. US patent No. 6.366.170 B1, H 03 F / 45.
8. Патент США № 6.268.769, H 03 F/45.8. US patent No. 6.268.769, H 03 F / 45.
9. Патент США № 3.974.455, H 03 F/45.9. US patent No. 3.974.455, H 03 F / 45.
10. Патент США № 3.968.451, H 03 F/45.10. US patent No. 3.968.451, H 03 F / 45.
11. Патент США № 4.837.523, H 03 F/45.11. US patent No. 4.837.523, H 03 F / 45.
12. Патент США № 5.291.149, H 03 F/45.12. US patent No. 5.291.149, H 03 F / 45.
13. Патент США № 4.636.743, H 03 F/45.13. US patent No. 4.636.743, H 03 F / 45.
14. Патент США № 4.783.637, H 03 F/45.14. US patent No. 4.783.637, H 03 F / 45.
15. Патент США № 5.515.005, H 03 F/45.15. US patent No. 5.515.005, H 03 F / 45.
16. Патент США № 5.291.149, H 03 F/45.16. US Patent No. 5.291.149, H 03 F / 45.
17. Патент США № 5.140.280, H 03 F/45.17. US patent No. 5.140.280, H 03 F / 45.
18. Патент США № 5.455.535, H 03 F/45.18. US patent No. 5.455.535, H 03 F / 45.
19. Патент США № 5.523.718, H 03 F/45.19. US patent No. 5.523.718, H 03 F / 45.
20. Патент США № 4.600.893, H 03 F/45.20. US patent No. 4.600.893, H 03 F / 45.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005119326/09A RU2292632C1 (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005119326/09A RU2292632C1 (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Differential amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2292632C1 true RU2292632C1 (en) | 2007-01-27 |
Family
ID=37773549
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005119326/09A RU2292632C1 (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Differential amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2292632C1 (en) |
-
2005
- 2005-06-21 RU RU2005119326/09A patent/RU2292632C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2346388C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2292632C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2346386C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2321159C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2396699C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased input differential resistance | |
RU2319296C1 (en) | Fast action differential amplifier | |
RU2319288C1 (en) | Differential amplifier using low-voltage power supply | |
RU2319289C1 (en) | Balanced differential amplifier | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2383099C2 (en) | Differential amplifier with low-resistance inputs | |
RU2396698C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2319291C1 (en) | Cascade differential amplifier | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2293433C1 (en) | Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal | |
RU2365029C1 (en) | Cascode difference amplifier with low offset voltage | |
RU2393628C1 (en) | Differential amplifier with increased input resistance | |
RU2331966C1 (en) | Differential amplifier with minor zero offset voltage | |
RU2331968C1 (en) | Differential amplifier with high common mode rejection | |
RU2346385C1 (en) | High input resistor differential amplifier | |
RU2292634C1 (en) | Differential amplifier characterized in enhanced common-mode signal attenuation | |
RU2368067C1 (en) | Differential amplifier with high input resistance | |
RU2317633C1 (en) | Differential amplifier with increased weakening coefficient of cophased input signal | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110622 |