RU2309531C1 - Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала - Google Patents
Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2309531C1 RU2309531C1 RU2006109622/09A RU2006109622A RU2309531C1 RU 2309531 C1 RU2309531 C1 RU 2309531C1 RU 2006109622/09 A RU2006109622/09 A RU 2006109622/09A RU 2006109622 A RU2006109622 A RU 2006109622A RU 2309531 C1 RU2309531 C1 RU 2309531C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- collector
- transistor
- differential amplifier
- transistors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении диапазона активной работы дифференциального усилителя, в пределах которого (при сохранении крутизны) обеспечивается пропорциональность между входным напряжением ДУ (UBX) и его выходным током (IH). Для этого устройство содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых подключены ко входам (3) и (4) дифференциального усилителя, коллекторы связаны со входом (5) неинвертирующего усилителя тока (6), базы объединены и подключены к выходу (7) неинвертирующего усилителя тока (6), а также первый (8) и второй (9) вспомогательные транзисторы. Коллекторы первого (1) и второго (2) входных транзисторов связаны со входом (5) неинвертирующего усилителя тока (6) через первый (10) и второй (11) дополнительные резисторы, причем база первого вспомогательного транзистора (8) соединена с коллектором первого (1) входного транзистора, его эмиттер подключен к коллектору второго входного транзистора (2), а коллектор соединен с первым выходом (12) дифференциального усилителя, база второго вспомогательного транзистора (9) соединена с коллектором второго входного транзистора (2), его эмиттер подключен к коллектору первого входного транзистора (1), а коллектор соединен со вторым выходом (13) дифференциального усилителя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, быстродействующих операционных усилителях (ОУ)).
Известны схемы дифференциальных усилителей (ДУ) на n-p-n и p-n-p транзисторах, предназначенные для работы с входными синфазными напряжениями, максимальное отрицательное значение которых равно или превышает напряжение отрицательного источника питания [1, 2]. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу ДУ.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в статье Дворникова О.В. "Схемотехника биполярно-полевых аналоговых микросхем", Chip News, №10 (103), 2005, стр.21, рис.15, www.chip-news.ru, а также в [2], содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых подключены ко входам 3 и 4 дифференциального усилителя, коллекторы связаны со входом 5 неинвертирующего усилителя тока 6, базы объединены и подключены к выходу 7 неинвертирующего усилителя тока 6, а также первый 8 и второй 9 вспомогательные транзисторы.
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет узкий динамический диапазон линейного усиления дифференциальных сигналов (uBX<|UГР|≈50÷200 мВ, фиг.3).
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона активной работы дифференциального усилителя, в пределах которого (при сохранении крутизны) обеспечивается пропорциональность между входным напряжением ДУ (uBX) и его выходным током (iH).
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальный усилитель (фиг.1), содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых подключены ко входам 3 и 4 дифференциального усилителя, коллекторы связаны со входом 5 неинвертирующего усилителя тока 6, базы объединены и подключены к выходу 7 неинвертирующего усилителя тока 6, а также первый 8 и второй 9 вспомогательные транзисторы, вводятся новые элементы и связи - коллекторы первого 1 и второго 2 входных транзисторов связаны со входом 5 неинвертирующего усилителя тока 6 через первый 10 и второй 11 дополнительные резисторы, причем база первого вспомогательного транзистора 8 соединена с коллектором первого 1 входного транзистора, его эмиттер подключен к коллектору второго входного транзистора 2, а коллектор соединен с первым выходом 12 дифференциального усилителя, база второго вспомогательного транзистора 9 соединена с коллектором второго входного транзистора 2, его эмиттер подключен к коллектору первого входного транзистора 1, а коллектор соединен со вторым выходом 13 дифференциального усилителя.
Схема усилителя-прототипа представлена на фиг.1. На фиг.2 показано заявляемое устройство в соответствии с п.1 формулы изобретения. На фиг.3 представлено заявляемое устройство в соответствии с п.3, а на фиг.4 - в соответствии с п.4 формулы изобретения.
На фиг.5 показан заявляемый ДУ в соответствии с п.3 формулы изобретения в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП "Пульсар", а на фиг.6 - результаты его компьютерного моделирования в сравнении с прототипом, где выходной ток IH - суммарный коллекторный ток транзисторов Q2 и Q6 (левые графики) и Q3, Q7 (правые графики). Входное напряжение uBX=U3 изменялось в диапазоне +(0÷1,5) В и -(0÷1,5) В.
Дифференциальный усилитель (фиг.2) содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых подключены ко входам 3 и 4 дифференциального усилителя, коллекторы связаны со входом 5 неинвертирующего усилителя тока 6, базы - объединены и подключены к выходу 7 неинвертирующего усилителя тока 6, а также первый 8 и второй 9 вспомогательные транзисторы. Коллекторы первого 1 и второго 2 входных транзисторов связаны со входом 5 неинвертирующего усилителя тока 6 через первый 10 и второй 11 дополнительные резисторы, причем база первого вспомогательного транзистора 8 соединена с коллектором первого 1 входного транзистора, его эмиттер подключен к коллектору второго входного транзистора 2, а коллектор соединен с первым выходом 12 дифференциального усилителя, база второго вспомогательного транзистора 9 соединена с коллектором второго входного транзистора 2, его эмиттер подключен к коллектору первого входного транзистора 1, а коллектор соединен со вторым выходом 13 дифференциального усилителя.
Неинвертирующий усилитель тока 6 на фиг.2 выполнен на транзисторе 14, включенном по схеме с общей базой, эмиттер которого является входом 5, а коллектор - выходом 7 неинвертирующего усилителя тока 6.
В дифференциальном усилителе, представленном на фиг.3, между базой первого вспомогательного транзистора 8 и эмиттером второго вспомогательного транзистора 9 включена первая цепь смещения статического уровня 16, а между базой второго вспомогательного транзистора 9 и эмиттером первого вспомогательного транзистора 8 включена вторая цепь смещения статического уровня 17. Это позволяет уменьшить входное пороговое напряжение, при котором в работу включаются транзисторы 8 и 9.
В дифференциальном усилителе, представленном на фиг.4, в схему введены первый 18 и второй 19 дополнительные транзисторы, эмиттерно-базовые переходы которых включены параллельно эмиттерно-базовым переходам соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов, а коллекторы подключены к соответствующим первому 12 и второму 13 выходам дифференциального усилителя.
Рассмотрим работу заявляемого ДУ фиг.2.
В статическом режиме транзисторы 8 и 9 не влияют на работу схемы ДУ, т.к. напряжения на их эмиттерно-базовых переходах Uэб.89 близко к нулю. До тех пор, пока Uэб.89 не превысит величину 0,5÷0,6 В, эти транзисторы выключены, и поэтому заявляемый ДУ работает также как и ДУ-прототип - под действием входного сигнала коллекторный ток транзистора 1 уменьшается (увеличивается), а транзистора 2 - увеличивается (уменьшается). Однако сумма этих токов
По мере, например, уменьшения тока коллектора транзистора 1 уменьшается падение напряжения на резисторе 10 и увеличивается падение напряжения на резисторе 11. Как следствие, транзистор 8 открывается, что существенно изменяет токовые соотношения в схеме. Теперь, при дальнейшем увеличении входного напряжения uвх, запирающего транзистор 1, за счет отрицательной обратной связи
Это означает, что все входное напряжение uBX передается с единичным коэффициентом передачи на базы транзисторов 1 и 2
uб≈uвх.
Поэтому ток коллектора транзисторов 2 и 8 не ограничивается как в прототипе и может достигать больших значений
где β2 - коэффициент усиления по току базы транзистора 2.
При отрицательных uBX<0 схема работает аналогично.
Таким образом, в заявляемом устройстве существенно расширяется динамический диапазон, в пределах которого сохраняется пропорциональность между входной и выходной (токовой) координатами. Это является необходимым условием повышения быстродействия многих аналоговых устройств.
Если ввести цепи смещения статического уровня 16 и 17 (фиг.3), то момент перехода транзисторов 8 и 9 из закрытого состояния в активный режим сместится в область более малых значений uBX, что улучшит линейность проходной характеристики iH=f(uBX).
Введение транзисторов 10 и 19 также повышает линейность характеристики в области малых uBX, так как при uBX≈0 передача сигнала на выход 12 (13) обеспечивается транзисторами 18 (19). В это же время большие токи в нагрузке создаются за счет транзисторов 8 и 9.
Результаты компьютерного моделирования ДУ фиг.5, представленные на графиках фиг.6, подтверждают полученные выше теоретические выводы.
Предлагаемый ДУ может использоваться в структуре быстродействующих операционных усилителей и компараторов различного функционального назначения с экстремально высоким диапазоном изменения синфазного сигнала. Действительно максимальные амплитуды положительного и отрицательного uc в схеме фиг.2
где Uкб.max - наименьшее из напряжений пробоя коллекторно-базовых p-n переходов применяемых транзисторов;
EП - напряжение положительного источника питания.
Источники информации
1. Дворников О.В. Схемотехника биполярно-полевых аналоговых микросхем. Chip News, №10 (103), 2005, стр.21, рис.15, www.chip-news.ru
2. G.Horn, J.Huijsing. Extension of the Common-Mode Range of Bipolar Input stages Beyond the Supply Rails of OA and Comparators. IEEJ of Solid State Circuits, 1993, v.sc - 28, №7, P.750-756.
Claims (4)
1. Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых подключены ко входам (3) и (4) дифференциального усилителя, коллекторы связаны со входом (5) неинвертирующего усилителя тока (6), базы объединены и подключены к выходу (7) неинвертирующего усилителя тока (6), а также первый (8) и второй (9) вспомогательные транзисторы, отличающийся тем, что коллекторы первого (1) и второго (2) входных транзисторов связаны со входом (5) неинвертирующего усилителя тока (6) через первый (10) и второй (11) дополнительные резисторы, причем база первого вспомогательного транзистора (8) соединена с коллектором первого (1) входного транзистора, его эмиттер подключен к коллектору второго входного транзистора (2), а коллектор соединен с первым выходом (12) дифференциального усилителя, база второго вспомогательного транзистора (9) соединена с коллектором второго входного транзистора (2), его эмиттер подключен к коллектору первого входного транзистора (1), а коллектор соединен со вторым выходом (13) дифференциального усилителя.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неинвертирующий усилитель тока (6) выполнен на транзисторе (14), включенном по схеме с общей базой, эмиттер которого является входом (5), а коллектор - выходом (7) неинвертирующего усилителя тока (6).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между базой первого вспомогательного транзистора (8) и эмиттером второго вспомогательного транзистора (9) включена первая цепь смещения статического уровня (16), а между базой второго вспомогательного транзистора (9) и эмиттером первого вспомогательного транзистора (8) включена вторая цепь смещения статического уровня (17).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в схему введены первый (18) и второй (19) дополнительные транзисторы, эмиттерно-базовые переходы которых включены параллельно эмиттерно-базовым переходам соответствующих первого (1) и второго (2) входных транзисторов, а коллекторы подключены к соответствующим первому (12) и второму (13) выходам дифференциального усилителя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109622/09A RU2309531C1 (ru) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109622/09A RU2309531C1 (ru) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2309531C1 true RU2309531C1 (ru) | 2007-10-27 |
Family
ID=38955894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006109622/09A RU2309531C1 (ru) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2309531C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566960C1 (ru) * | 2014-10-10 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот |
-
2006
- 2006-03-27 RU RU2006109622/09A patent/RU2309531C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ДВОРНИКОВ О.В., Схемотехника биполярно-полевых аналоговых микросхем, Chip News, №10 (103), 2005, с.21, рис.15, www.chip-news.ru. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566960C1 (ru) * | 2014-10-10 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2309531C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала | |
RU2333593C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы | |
RU2523947C1 (ru) | Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов | |
RU2349023C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2474952C1 (ru) | Операционный усилитель | |
RU2412530C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
RU2293433C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала | |
RU2383099C2 (ru) | Дифференциальный усилитель с низкоомными входами | |
RU2365029C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2321158C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2319292C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2234797C1 (ru) | Операционный усилитель | |
RU2278466C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала | |
RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2771316C1 (ru) | Арсенид-галлиевый буферный усилитель | |
RU2788498C1 (ru) | Арсенид-галлиевый буферный усилитель на полевых и биполярных p-n-p транзисторах | |
RU2390911C2 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2408975C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2439787C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
RU2770912C1 (ru) | Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах | |
RU2374757C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2320078C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
Singh et al. | Enhancing the slew rate and gain bandwidth of single ended CMOS operational transconductance amplifier using LCMFB technique | |
JPH051649B2 (ru) | ||
RU2368063C1 (ru) | Активная нагрузка дифференциальных усилителей |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110328 |