RU2320078C1 - Complementary differential amplifier - Google Patents

Complementary differential amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2320078C1
RU2320078C1 RU2006140200/09A RU2006140200A RU2320078C1 RU 2320078 C1 RU2320078 C1 RU 2320078C1 RU 2006140200/09 A RU2006140200/09 A RU 2006140200/09A RU 2006140200 A RU2006140200 A RU 2006140200A RU 2320078 C1 RU2320078 C1 RU 2320078C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistors
differential amplifier
collectors
bus
outputs
Prior art date
Application number
RU2006140200/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Сергей Владимирович Крюков (RU)
Сергей Владимирович Крюков
Даниил Николаевич Конев (RU)
Даниил Николаевич Конев
Original Assignee
ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) filed Critical ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС)
Priority to RU2006140200/09A priority Critical patent/RU2320078C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2320078C1 publication Critical patent/RU2320078C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering and communications, possible use as device for amplifying analog signals, in structure of analog microchips of various functional purposes (for example, operational amplifiers).
SUBSTANCE: complementary differential amplifier contains input differential cascade (1) on p-n-p input transistors (2) and (3), second differential cascade (10) on n-p-n input transistors (11) and (12). Introduced to the circuit are first and second additional p-n-p transistors (17) and (18), collectors of which are corresponding main outputs (19) and (20) of complementary differential amplifier, matched with the bus (18) of negative power supply, and also first and second additional n-p-n transistors (21) and (22), collectors of which are main outputs (23) and (24) of complementary differential amplifier, matched with the bus (15) of positive power supply, where bases of transistors (17) and (18) are connected to second current-stabilizing dipole (16) of differential cascade (10), bases of transistors (21) and (23) are connected to first current-stabilizing dipole (9) of differential cascade (1), emitters of transistors (21) and (22) are connected to collectors of transistors (11) and (12), emitters of transistors (17) and (18) are connected to collectors of transistors (2) and (3).
EFFECT: increased efficiency.
2 cl, 19 dwg

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 communication 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» или «комплементарных дифференциальных усилителей (КДУ)») [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 КДУ коэффициент ослабления входного синфазного сигнала (Кос.сф) получается небольшим (60÷80 ДБ) из-за его существенной зависимости от разброса параметров входных транзисторов, характеризующих глубину их внутренней обратной связи (h12).There are known schemes of differential amplifiers (ДУ), implemented on the basis of two parallel-connected differential cascades (ДК) with reference current sources in the emitter circuits of input transistors (the so-called "dual input stage" or "complementary differential amplifiers (KDU)") [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 well-known KDUs, the attenuation coefficient of the input common-mode signal (K os.sf ) is small (60 ÷ 80 dB) due to its significant dependence on the spread of the parameters of the input transistors characterizing the depth of their internal feedback (h 12 ).

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является комплементарный дифференциальный усилитель (П.Шкритек. «Справочное руководство по звуковой схемотехнике». М., Мир, 1991, с.71, рис.5.8.2в, или патент фирмы Motorola (США) №5.153.529), содержащий первый 1 входной дифференциальный каскад на р-n-р входных транзисторах 2 и 3, базы которых соединены с первым 4 и вторым 5 входами комплементарного дифференциального усилителя, коллекторы связаны с первой группой вспомогательных выходов 6 и 7, согласованных с шиной отрицательного источника питания 8, а эмиттеры соединены с первым токостабилизирующим двухполюсником 9, второй 10 дифференциальный каскад на n-р-n входных транзисторах 11 и 12, базы которых соединены с первым 4 и вторым 5 входами комплементарного дифференциального усилителя, коллекторы подключены ко второй группе вспомогательных выходов 13 и 14, согласованных с шиной 15 положительного источника питания, а эмиттеры соединены со вторым токостабилизирующим двухполюсником 16. По такой же архитектуре выполнен КДУ, описанный в патенте российской фирмы «Микрон» (патент №2193273).The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a complementary differential amplifier (P. Shkritek. "Reference Guide to sound circuitry." M., Mir, 1991, p. 71, Fig.5.8.2c, or a patent from Motorola (USA) No. 5.153.529), containing the first 1 input differential cascade on the pnp input transistors 2 and 3, the bases of which are connected to the first 4 and second 5 inputs of the complementary differential amplifier, the collectors are connected to the first group of auxiliary outputs 6 and 7, matched with negative power supply bus 8, and emit ry connected to the first current-stabilizing two-terminal 9, the second 10 differential stage on the n-pn input transistors 11 and 12, the bases of which are connected to the first 4 and second 5 inputs of a complementary differential amplifier, the collectors are connected to the second group of auxiliary outputs 13 and 14, matched with bus 15 of a positive power source, and the emitters are connected to the second current-stabilizing two-terminal 16. The KDU described in the patent of the Russian company Mikron (patent No. 2193273) is made in the same architecture.

Существенный недостаток известного КДУ состоит в том, что он имеет сравнительно невысокое ослабление входных синфазных сигналов, которое при построении токостабилизирующих двухполюсников 9 и 16 по двухъярусным схемам [1], имеющим повышенное выходное сопротивление, определяется для каждой из групп выходов (Кос.сф - 6-7) (

Figure 00000002
) отношениямиA significant drawback of the well-known KDU is that it has a relatively low attenuation of the input common-mode signals, which, when constructing current-stabilizing two-terminal circuits 9 and 16 using two-tier circuits [1], having an increased output resistance, is determined for each of the output groups (K os.sf - 6-7) (
Figure 00000002
) relationships

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где Ку>>1 - коэффициент усиления входного дифференциального сигнала КДУ для первой (второй) группы выходов;where K y >> 1 is the gain of the input differential signal of the CDA for the first (second) group of outputs;

Ксф.<<1 - коэффициент передачи входного синфазного сигнала КДУ для первой (второй) группы выходов;To sf. << 1 - transmission coefficient of the input common-mode signal of the CDA for the first (second) group of outputs;

Figure 00000005
- h-параметры транзисторов 2 и 3, 11 и 12 в схеме с общей базой.
Figure 00000005
- h-parameters of transistors 2 and 3, 11 and 12 in a circuit with a common base.

Действительно, из-за режимной зависимости глубины внутренней обратной связи входных транзисторов (2 и 3, 11 и 12)

Figure 00000006
разность их h-параметров
Figure 00000007
определяющая коэффициент ослабления входных синфазных напряжений (Кос.сф) КДУ, оказывается весьма значительной. Как следствие, при разных уровнях напряжений коллектор-база в статическом режиме (Uкб), которая имеет место во многих практических случаях (КДУ с активными нагрузками [21], КДУ с «перегнутыми» каскодами [1], [22] и т.д.), разность Δh12.ij не равна нулю
Figure 00000008
. Поэтому численные значения Кос.сф таких КДУ (даже при идеальных источниках опорного тока 9 и 16, устанавливающих токи эмиттера, и совершенно идентичных входных транзисторах 2 и 3, 11 и 12), лежат в пределах
Figure 00000009
(или Kос.сф=60÷80 дБ). В большинстве случаев этого недостаточно.Indeed, due to the mode dependence of the depth of the internal feedback of the input transistors (2 and 3, 11 and 12)
Figure 00000006
difference of their h-parameters
Figure 00000007
the determining attenuation coefficient of input common-mode voltages (K os.sf ) KDU, is very significant. As a result, at different collector-base voltage levels in static mode (U kb ), which takes place in many practical cases (KDU with active loads [21], KDU with “kinked” cascodes [1], [22], etc. d.), the difference Δh 12.ij is not equal to zero
Figure 00000008
. Therefore, the numerical values of K OS.sf such KDU (even with ideal sources of the reference current 9 and 16, setting the emitter currents, and completely identical input transistors 2 and 3, 11 and 12), are within
Figure 00000009
(or K os.sf = 60 ÷ 80 dB). In most cases, this is not enough.

Для доказательства этого факта авторами были проведены исследования зависимости разности коэффициентов внутренней обратной связи (h12-параметров) двух совершенно идентичных транзисторов различных микроэлектронных фирм от статического режима (напряжений коллектор-база, тока эмиттера).To prove this fact, the authors studied the dependence of the difference between the internal feedback coefficients (h 12 parameters) of two completely identical transistors of different microelectronic companies on the static mode (collector-base voltage, emitter current).

На чертеже фиг.2 показана схема эксперимента на новейших транзисторах «кремний на германии» немецкой фирмы IHP в среде компьютерного моделирования Cadance, а на чертеже фиг.3 - зависимость разности Δh12=h12.1-h12.2=f(ΔUкб) пары этих идентичных транзисторов от разности их статических напряжений коллектор-база.The drawing of Fig. 2 shows the experimental design for the latest silicon-germanium transistors of the German company IHP in a Cadance computer simulation environment, and Fig. 3 shows the difference Δh 12 = h 12.1 -h 12.2 = f (ΔU kb ) of the pair of these identical transistors from the difference in their static collector-base voltages.

Из этих графиков, в частности, следует, что при отличии статического напряжения коллектор-база двух совершенно одинаковых транзисторов IHP на величину ΔUкб≈0,6 В их разность

Figure 00000010
достигает значения
Figure 00000011
.From these graphs, in particular, it follows that when the collector-base voltage of two completely identical IHP transistors is different by ΔU kb ≈0.6 V, their difference
Figure 00000010
reaches the value
Figure 00000011
.

Аналогичные выводы были сделаны и при исследовании интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» в среде компьютерного моделирования PSpice (фиг.4, фиг.5). Здесь разность Δh12 пары совершенно идентичных транзисторов

Figure 00000012
при ΔUкб≈2,5 В.Similar conclusions were made in the study of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar in the computer simulation environment PSpice (Fig. 4, Fig. 5). Here the difference Δh is 12 pairs of completely identical transistors
Figure 00000012
at ΔU kb ≈ 2.5 V.

Кроме этого, входные сопротивления для синфазных сигналов (Rвх.сф.1, Rвх.сф.2) известных КДУ, зависящие от Δh12 и сопротивлений коллекторных переходов транзисторов 2 и 3 (11 и 12), также оказываются небольшими (Rвх.сф.1≈Rвх.сф2.≈1÷2 мОм).In addition, the input resistances for common-mode signals (R I.sf. 1 , R I.s. 2 ) of known KDUs , depending on Δh 12 and the collector junction resistances of transistors 2 and 3 (11 and 12), also turn out to be small (R I .sf.1 ≈R input sf2. ≈1 ÷ 2 mOhm).

Основная цель предполагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов. Дополнительная цель - повышение входных сопротивлений для синфазного сигнала (Rвх.сф.1, Rвх.сф.2).The main objective of the proposed invention is to increase the attenuation coefficient of the input common-mode signals. An additional goal is to increase the input resistances for the common-mode signal (R in.s. 1 , R in.s. 2 ).

Поставленная цель достигается тем, что в комплементарном дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 входной дифференциальный каскад на р-n-р входных транзисторах 2 и 3, базы которых соединены с первым 4 и вторым 5 входами комплементарного дифференциального усилителя, коллекторы связаны с первой группой вспомогательных выходов 6 и 7, согласованных с шиной отрицательного источника питания 8, а эмиттеры соединены с первым токостабилизирующим двухполюсником 9, второй 10 дифференциальный каскад на n-р-n входных транзисторах 11 и 12, базы которых соединены с первым 4 и вторым 5 входами комплементарного дифференциального усилителя, коллекторы подключены ко второй группе вспомогательных выходов 13 и 14, согласованных с шиной 15 положительного источника питания, а эмиттеры соединены со вторым токостабилизирующим двухполюсником 16, предусмотрены новые связи - в схему введены первый 17 и второй 18 дополнительные р-n-р транзисторы, коллекторы которых являются соответствующими основными выходами комплементарного дифференциального усилителя 19 и 20, согласованными с шиной 18 отрицательного источника питания, а также первый 21 и второй 22 дополнительные n-р-n транзисторы, коллекторы которых являются основными выходами 23 и 24 комплементарного дифференциального усилителя, согласованными с шиной положительного источника питания, причем базы первого 17 и второго 18 дополнительных р-n-р транзисторов соединены со вторым токостабилизирующим двухполюсником 16, базы первого 21 и второго 23 дополнительных n-р-n транзисторов подключены к первому токостабилизирующему двухполюснику 9, эмиттеры первого 21 и второго 22 дополнительных транзисторов соединены с соответствующими вспомогательными выходами второй группы 13 и 14, эмиттеры первого 17 и второго 18 дополнительных р-n-р транзисторов подключены к соответствующим вспомогательным выходам первой группы 6 и 7.This goal is achieved in that in the complementary differential amplifier of figure 1, containing the first 1 input differential stage on the pnp input transistors 2 and 3, the bases of which are connected to the first 4 and second 5 inputs of the complementary differential amplifier, the collectors are connected to the first a group of auxiliary outputs 6 and 7, coordinated with the negative power supply bus 8, and the emitters are connected to the first current-stabilizing two-terminal 9, the second 10 differential cascade on the n-p-n input transistors 11 and 12, base The first ones are connected to the first 4 and second 5 inputs of a complementary differential amplifier, the collectors are connected to the second group of auxiliary outputs 13 and 14, matched to the bus 15 of the positive power supply, and the emitters are connected to the second current-stabilizing two-terminal 16, new connections are provided - the first 17 are introduced into the circuit and second 18 additional pnp transistors, the collectors of which are the corresponding main outputs of the complementary differential amplifier 19 and 20, which are negatively aligned with bus 18 about the power source, as well as the first 21 and second 22 additional n-pn transistors, the collectors of which are the main outputs 23 and 24 of the complementary differential amplifier, matched with the bus of the positive power source, and the base of the first 17 and second 18 additional p-n- p transistors are connected to the second current-stabilizing two-terminal 16, the base of the first 21 and second 23 additional npn transistors are connected to the first current-stabilizing two-terminal 9, emitters of the first 21 and second 22 additional transistors are connected to respective auxiliary outlets of the second group 13 and 14, the emitters of the first 17 and second 18 additional p-n-p transistors are connected to respective outputs of the first auxiliary group 6, and 7.

Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения показана на чертеже фиг.6. На чертежах фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 показаны ранее рассмотренные результаты компьютерного моделирования в средах Cadance и PSpice пары транзисторов различных микроэлектронных фирм.The diagram of the inventive device in accordance with claim 1 of the claims is shown in the drawing of Fig.6. In the drawings of FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 5, the previously discussed computer simulation results in Cadance and PSpice environments of a pair of transistors of various microelectronic companies are shown.

На чертеже фиг.7 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.2 формулы изобретения.The drawing of Fig.7 shows a diagram of the inventive device in accordance with claim 2 of the claims.

На чертеже фиг.8 приведена схема устройства-прототипа фиг.1 в среде компьютерного моделирования PSpice для режима расчета коэффициента передачи по синфазному сигналу КДУ (Ксф.).The drawing of Fig. 8 shows a diagram of the device of the prototype of Fig. 1 in the computer simulation environment PSpice for the mode of calculating the transmission coefficient by the common-mode signal of the CDA (K sf. ).

На чертежах фиг.9 показаны результаты компьютерного моделирования входного синфазного сопротивления КДУ-прототипа (фиг.8) в среде PSpise на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» для второй (13 или 14) и первой (6, 7) групп выходов при различных значениях разности ΔUкб=Vdc=Uкб1-Uкб2, где Uкбi - статическое напряжение коллектор-база i-го транзистора.The drawings of Fig. 9 show the results of computer simulation of the input common-mode resistance of the KDU prototype (Fig. 8) in the PSpise environment on the models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP "Pulsar" for the second (13 or 14) and first (6, 7) output groups for various the values of the difference ΔU kb = V dc = U kb1 -U kb2 , where U kbi is the collector-base static voltage of the i-th transistor.

На чертеже фиг.10 приведена зависимость крутизны (Sсф) передачи синфазного сигнала uc КДУ фиг.8 для первой и второй группы выходов КДУ при различных значениях разности координат статического режима входных транзисторов ΔUкб=Vdc=Uкб1-Uкб2, где Sсф=iвых/uc, iвых - выходной ток КДУ фиг.8. В идеальном случае должно быть: Sсф=0.The drawing of figure 10 shows the dependence of the steepness (S sf ) of the common-mode signal transmission u c KDU of Fig. 8 for the first and second group of outputs of the KDU for different values of the difference of the coordinates of the static mode of the input transistors ΔU kb = V dc = U kb1 -U kb2 , where S sf = i o / u c , i o - output current of the control panel of Fig. 8. In the ideal case, it should be: S sf = 0.

На чертеже фиг.11 показана схема заявляемого КДУ фиг.6 в среде PSpice, а на чертеже фиг.12-фиг.13 - зависимость ее крутизны Sсф от разности ΔUкб=Vdc в разных масштабах.The drawing of Fig. 11 shows a diagram of the inventive CDU of Fig. 6 in a PSpice environment, and in the drawing of Fig. 12-Fig. 13 shows the dependence of its steepness S c on the difference ΔU kb = V dc at different scales.

Графики режимной и частотной зависимостей входного сопротивления КДУ для синфазного сигнала Rвх.сф заявляемого КДУ фиг.11 изображены на чертеже фиг.14.The graphs of the regime and frequency dependences of the input resistance of the KDU for the common-mode signal R I.sf of the claimed KDU of Fig. 11 are shown in the drawing of Fig. 14.

На чертеже фиг.15 представлена схема заявляемого КДУ фиг.6 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», в которой исследовался эффект взаимной компенсации влияния на передачу синфазного сигнала Sсф емкостей коллектор-база Ск транзисторов 17 (VT7) - 18 (VT8) и 21 (VT1) - 22 (VT2).In the figure, 15 is a diagram claimed in DCD 6 PSpice environment models integrated PNP transistors Federal State Unitary Enterprise "Pulsar", in which was studied the effect on the mutual transmission influence of the compensation phase signal S sph collector-base capacitance C of the transistor 17 (VT7) - 18 (VT8) and 21 (VT1) - 22 (VT2).

На чертежах фиг.16 изображен график частотной зависимости крутизны преобразования синфазного сигнала в выходной ток КДУ (S=iвых(uc)) при различных значениях емкостей C1=C2к=1÷20 пФ и С34=15 пФ.In the drawings of Fig.16 shows a graph of the frequency dependence of the slope of the conversion of the in-phase signal to the output current KDU (S = i out (u c )) for different values of capacitances C 1 = C 2 = C to = 1 ÷ 20 pF and C 3 = C 4 = 15 pF.

На чертеже фиг.17 показана кривая зависимости верхней граничной частоты крутизны Sсф (по уровню +3 дБ) при С12=15 пФ = const и при изменении С34к=0÷20 пФ. Из этого графика следует, что существует некоторое оптимальное значение Ск≈15 пФ, при котором верхняя граничная частота крутизны достигает максимального значения.In the figure, 17 is the curve of the upper limiting frequency slope S sph (level 3 dB) when C 1 = C 2 = 15 pF = const and change C 3 = C 4 = C k = 0 ÷ 20 pF. From this graph it follows that there is some optimal value of C to ≈15 pF, at which the upper cutoff frequency of the slope reaches its maximum value.

На чертеже фиг.18 изображен график частотной зависимости крутизны преобразования синфазного сигнала в выходной ток КДУ (S=iвых(uc)) при различных значениях емкостей С12к=2÷16 пФ и С34=2 пФ = const.The drawing of Fig. 18 shows a graph of the frequency dependence of the steepness of converting a common-mode signal to the output current of the CDD (S = i out (u c )) for various capacitances C 1 = C 2 = C k = 2 ÷ 16 pF and C 3 = C 4 = 2 pF = const.

На чертеже фиг.19 показана кривая зависимости верхней граничной частоты крутизны Sсф (по уровню +3 дБ) при C1=C2=2 пФ = const и при изменении С3=C4к=0÷20 пФ. Из этого графика также следует, что существует некоторое оптимальное значение Ск≈1,6 пФ, причем выигрыш по граничной частоте в сравнении с неоптимальным выбором Ск достигает одного порядка.In the figure, 19 is the curve of the upper limiting frequency slope S sph (level 3 dB) when C 1 = C 2 = 2 pF = const and change C 3 = C 4 = C k = 0 ÷ 20 pF. From this graph it also follows that there is some optimal value of C to ≈1.6 pF, and the gain in the boundary frequency in comparison with the non-optimal choice of C to reaches the same order.

Комплементарный дифференциальный усилитель фиг.6 содержит первый 1 входной дифференциальный каскад на р-n-р входных транзисторах 2 и 3, базы которых соединены с первым 4 и вторым 5 входами комплементарного дифференциального усилителя, коллекторы связаны с первой группой вспомогательных выходов 6 и 7, согласованных с шиной отрицательного источника питания 8, а эмиттеры соединены с первым токостабилизирующим двухполюсником 9, второй 10 дифференциальный каскад на n-р-n входных транзисторах 11 и 12, базы которых соединены с первым 4 и вторым 5 входами комплементарного дифференциального усилителя, коллекторы подключены ко второй группе вспомогательных выходов 13 и 14, согласованных с шиной 15 положительного источника питания, а эмиттеры соединены со вторым токостабилизирующим двухполюсником 16. В схему введены первый 17 и второй 18 дополнительные р-n-р транзисторы, коллекторы которых являются соответствующими основными выходами 19 и 20 комплементарного дифференциального усилителя, согласованными с шиной 18 отрицательного источника питания, а также первый 21 и второй 22 дополнительные n-р-n транзисторы, коллекторы которых являются основными выходами 23 и 24 комплементарного дифференциального усилителя, согласованными с шиной 15 положительного источника питания, причем базы первого 17 и второго 18 дополнительных р-n-р транзисторов соединены со вторым токостабилизирующим двухполюсником 16, базы первого 21 и второго 23 дополнительных n-р-n транзисторов подключены к первому токостабилизирующему двухполюснику 9, эмиттеры первого 21 и второго 22 дополнительных транзисторов соединены с соответствующими вспомогательными выходами второй группы 13 и 14, эмиттеры первого 17 и второго 18 дополнительных р-n-р транзисторов подключены к соответствующим вспомогательным выходам первой группы 6 и 7.The complementary differential amplifier of Fig. 6 contains a first 1 input differential stage on the pnp input transistors 2 and 3, the bases of which are connected to the first 4 and second 5 inputs of the complementary differential amplifier, the collectors are connected to the first group of auxiliary outputs 6 and 7, matched with a negative power supply bus 8, and the emitters connected to the first current-stabilizing two-terminal 9, the second 10 differential cascade on the n-pn input transistors 11 and 12, the bases of which are connected to the first 4 and second 5 inputs of a complementary differential amplifier, the collectors are connected to the second group of auxiliary outputs 13 and 14, matched with the bus 15 of the positive power supply, and the emitters are connected to the second current-stabilizing two-terminal 16. The first 17 and second 18 additional pnp transistors are introduced into the circuit, the collectors of which are the corresponding main outputs 19 and 20 of the complementary differential amplifier, consistent with the bus 18 of the negative power supply, as well as the first 21 and second 22 additional n-p-n tra resistors, the collectors of which are the main outputs 23 and 24 of a complementary differential amplifier, matched with the bus 15 of the positive power supply, the bases of the first 17 and second 18 additional pnp transistors connected to the second current-stabilizing two-terminal 16, the base of the first 21 and second 23 additional n-p-n transistors are connected to the first current-stabilizing two-terminal 9, the emitters of the first 21 and second 22 additional transistors are connected to the corresponding auxiliary outputs of the second group steps 13 and 14, the emitters of the first 17 and second 18 additional rn-n transistors are connected to the corresponding auxiliary outputs of the first group 6 and 7.

Комплементарный ДУ фиг.7 (п.2 формулы изобретения) содержит КДУ фиг.6, выходы которого 19-20 и 23-24 подключены ко входам суммирующего каскада 25, выход которого 26 является основным выходом устройства. В качестве суммирующего каскада 25 могут применяться различные схемы на токовых зеркалах и «перегнутых» каскодах, описанные в технической литературе [1-22]. Их основное назначение - согласование КДУ фиг.6 с выходными каскадами по диапазону изменения потенциалов, усилению, шумам и т.п.The complementary control of FIG. 7 (claim 2) contains the CDA of FIG. 6, the outputs of which 19-20 and 23-24 are connected to the inputs of the summing stage 25, the output of which 26 is the main output of the device. As a summing stage 25, various schemes based on current mirrors and “kinked” cascodes described in the technical literature [1-22] can be used. Their main purpose is to coordinate the KDU of Fig.6 with output stages in the range of potential changes, amplification, noise, etc.

Рассмотрим работу заявляемого ДУ фиг.6.Consider the operation of the claimed remote control of Fig.6.

В статическом режиме, когда uc1=uc2=0, токи эмиттеров транзисторов 2, 3, 17, 18, 11, 12, 21 и 22 определяются токами через двухполюсники 9 и 16In static mode, when u c1 = u c2 = 0, the currents of the emitters of transistors 2, 3, 17, 18, 11, 12, 21, and 22 are determined by the currents through the two-terminal networks 9 and 16

Figure 00000013
Figure 00000013

Напряжения коллектор-база транзисторов 2 и 3, 11 и 12 близки к нулю. Однако транзисторы работают в активном режиме.The collector-base voltage of transistors 2 and 3, 11 and 12 are close to zero. However, transistors are active.

При изменении синфазного сигнала на входах 4 и 5 uc=uc5=uc4 (например, uc=5 B) на величину uc изменяются напряжения на токостабилизирующих двухполюсниках 9 и 16:When the in-phase signal at inputs 4 and 5 changes, u c = u c5 = u c4 (for example, u c = 5 B), the voltage at the current-stabilizing two-terminal devices 9 and 16 changes by u c :

Figure 00000014
Figure 00000014

Как следствие, на величину uc изменяется напряжение на базах транзисторов 21 и 22, а также 17 и 18. При этом напряжения коллектор-база транзисторов 2 и 3 и 11, 12 остаются постоянными во всем диапазоне uc, что исключает влияние их внутренних обратных связей на Кос.сф и входное сопротивление для синфазного сигнала Rс.сф.As a result, the voltage at the bases of transistors 21 and 22, as well as 17 and 18, changes by u c . In this case, the collector-base voltages of transistors 2 and 3 and 11, 12 remain constant over the entire range of u c , which eliminates the influence of their internal inverses connections to K OS.SF and input resistance for a common-mode signal R C.SF.

Действительно, сравнение графиков фиг.12 (заявляемый КДУ) и фиг.10 (КДУ-прототип) показывает, что в предлагаемом устройстве существенно ослабляется зависимость Sсф (т.е. Кос.сф) и Rвх.сф от неидентичности статических напряжений коллектор-база выходных транзисторов. При этом существенно улучшаются абсолютные значения этих параметров:Indeed, a comparison of the graphs of Fig. 12 (claimed KDU) and Fig. 10 (KDU-prototype) shows that in the proposed device, the dependence of S sf (i.e., K os.sf ) and R I.s. sf on the non-identity of static voltages is significantly weakened collector-base of output transistors. At the same time, the absolute values of these parameters are significantly improved:

- Кос.сф на 20 дБ (в 10 раз);- To os.sf at 20 dB (10 times);

- Rвх.сф с 1,8-1,9 мОм до 70-80 мОм, т.е. в 35÷40 раз.- R I.s.s from 1.8-1.9 mOhm to 70-80 mOhm, i.e. 35 ÷ 40 times.

Компьютерное моделирование Кос.сф заявляемого (фиг.11) и известного (фиг.8) КДУ на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» фирмы IHP (Германия) подтверждает полученные выше выводы.Computer simulation To os.sf claimed (Fig. 11) and known (Fig. 8) KDU on models of integrated transistors of FSUE NPP "Pulsar" of IHP firm (Germany) confirms the above conclusions.

Следует заметить, что повышение Кос.сф и Rвх.сф в заявляемом устройстве обеспечивается без ухудшения энергетических характеристик (токопотребления), а также диапазона изменения входных синфазных сигналов (Uc.max).It should be noted that the increase of K OS.sf and R I.s.sf in the inventive device is provided without deterioration of energy characteristics (current consumption), as well as the range of input common-mode signals (U c.max ).

Кроме этого, КДУ фиг.6 может работать при малых напряжениях питания. Это является существенным достоинством заявляемой схемы.In addition, the KDU of FIG. 6 can operate at low supply voltages. This is an essential advantage of the claimed scheme.

Одна из особенностей заявляемого КДУ - наличие эффекта взаимной компенсации влияния емкостей коллектор-база (Ск) дополнительных транзисторов 17-18 и 21-22 на передачу синфазного сигнала со входов 4-5 на любой из выходов КДУ 19, 20, 23, 24. Эти емкости отрицательно влияют на Sсф в области высоких частот. Однако в заявляемом КДУ при идентичных значениях емкостейOne of the features of the claimed KDU is the presence of the effect of mutual compensation of the collector-base capacitance (C k ) of additional transistors 17-18 and 21-22 on the transfer of the common mode signal from inputs 4-5 to any of the outputs of the KDU 19, 20, 23, 24. These capacitances adversely affect S sf at high frequencies. However, in the inventive KDU with identical capacitance values

Figure 00000015
Figure 00000015

данный эффект ослабляется.this effect is weakened.

Действительно, при выполнении равенства (5) частотный диапазон по крутизне Sсф улучшается в 5÷10 раз. Выигрыш становится еще более значительным в схемах аналоговых устройств с повышенными величинами Ск=10÷20 пФ транзисторов (например, высоковольтные и мощные транзисторы).Indeed, when equality (5) is fulfilled, the frequency range with respect to the steepness S sf improves by 5–10 times. The gain becomes even more significant in the circuits of analog devices with increased values of C k = 10 ÷ 20 pF transistors (for example, high-voltage and powerful transistors).

Анализ графиков частотной зависимости крутизны преобразования синфазного сигнала в выходной ток КДУ (S=iвых(uc)) (фиг.17, фиг.19) при различных значениях емкостей С12к=Var и C3=C4=const показывает, что существует некоторое оптимальное значение Ск, при котором выигрыш по граничной частоте (в сравнении с неоптимальным выбором Ск) достигает одного порядка. Это является существенным достоинством заявляемого устройства, т.к. в других вариантах построения КДУ данные эффекты отсутствуют.Analysis of the graphs of the frequency dependence of the steepness of converting a common-mode signal to the output current of the CDD (S = i out (u c )) (Fig. 17, Fig. 19) for various capacitances C 1 = C 2 = C to = Var and C 3 = C 4 = const shows that there is some optimal value of C k at which the gain in the boundary frequency (in comparison with the non-optimal choice of C k ) reaches one order of magnitude. This is a significant advantage of the claimed device, because in other versions of constructing a CDA, these effects are absent.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент РФ №2193273, H03F 3/45.1. RF patent No. 2193273, H03F 3/45.

2. Патент Японии №53-25232, H03F 3/26, 98(5) А332.2. Japan Patent No. 53-25232, H03F 3/26, 98 (5) A332.

3. Патент US 2001/0052818 A1, H03F, 3/45.3. Patent US 2001/0052818 A1, H03F, 3/45.

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, Fig. 6.11.

7. Патент США №6.366.170 B1, H03F/45.7. US patent No. 6.366.170 B1, H03F / 45.

8. Патент США №6.268.769, H03F/45.8. US Patent No. 6,268.769, H03F / 45.

9. Патент США №3.974.455, H03F/45.9. US Patent No. 3,974.455, H03F / 45.

10. Патент США №3.968.451, H03F/45.10. US Patent No. 3,968.451, H03F / 45.

11. Патент США №4.837.523, H03F/45.11. US patent No. 4.837.523, H03F / 45.

12. Патент США №5.291.149, H03F/45.12. US Patent No. 5.291.149, H03F / 45.

13. Патент США №4.636.743, H03F/45.13. US Patent No. 4,636.743, H03F / 45.

14. Патент США №4.783.637, H03F/45.14. U.S. Patent No. 4,783.637, H03F / 45.

15. Патент США №5.515.005, H03F/45.15. US patent No. 5.515.005, H03F / 45.

16. Патент США №5.291.149, H03F/45.16. US Patent No. 5.291.149, H03F / 45.

17. Патент США №5.140.280, H03F/45.17. US patent No. 5.140.280, H03F / 45.

18. Патент США №5.455.535, H03F/45.18. US Patent No. 5,455.535, H03F / 45.

19. Патент США №5.523.718, H03F/45.19. US patent No. 5.523.718, H03F / 45.

20. Патент США №4.600.893, H03F/45.20. US patent No. 4,600.893, H03F / 45.

21. Патент США №5.374.897, фиг.3.21. US patent No. 5.374.897, figure 3.

22. П.Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. - М., Мир, 1991, с.71, рис.5.8.2в.22.P. Shkritek. Reference guide for sound circuitry. - M., Mir, 1991, p. 71, fig. 5.8.2c.

Claims (2)

1. Комплементарный дифференциальный усилитель, содержащий первый входной дифференциальный каскад на р-n-р входных транзисторах, базы которых соединены с первым и вторым входами комплементарного дифференциального усилителя, коллекторы связаны с первой группой вспомогательных выходов, согласованных с шиной отрицательного источника питания, а эмиттеры соединены с первым токостабилизирующим двухполюсником, второй дифференциальный каскад на n-р-n входных транзисторах, базы которых соединены с первым и вторым входами комплементарного дифференциального усилителя, коллекторы подключены ко второй группе вспомогательных выходов, согласованных с шиной положительного источника питания, а эмиттеры соединены со вторым токостабилизирующим двухполюсником, отличающийся тем, что в схему введены первый и второй дополнительные р-n-р транзисторы, коллекторы которых являются соответствующими основными выходами комплементарного дифференциального усилителя, согласованными с шиной отрицательного источника питания, а также первый и второй дополнительные n-р-n транзисторы, коллекторы которых являются основными выходами комплементарного дифференциального усилителя, согласованными с шиной положительного источника питания, причем базы первого и второго дополнительных р-n-р транзисторов соединены со вторым токостабилизирующим двухполюсником, базы первого и второго дополнительных n-р-n транзисторов подключены к первому токостабилизирующему двухполюснику, эмиттеры первого и второго дополнительных транзисторов соединены с соответствующими вспомогательными выходами второй группы, эмиттеры первого и второго дополнительных р-n-р транзисторов подключены к соответствующим вспомогательным выходам первой группы.1. A complementary differential amplifier containing the first input differential stage on the pnp input transistors, the bases of which are connected to the first and second inputs of the complementary differential amplifier, the collectors are connected to the first group of auxiliary outputs, matched to the bus of the negative power source, and the emitters are connected with the first current-stabilizing two-terminal device, the second differential cascade on n-p-n input transistors, the bases of which are connected to the first and second inputs of the complementary diff of a differential amplifier, the collectors are connected to the second group of auxiliary outputs matched to the bus of the positive power supply, and the emitters are connected to the second current-stabilizing two-terminal device, characterized in that the first and second additional pnp transistors are introduced into the circuit, the collectors of which are the corresponding main outputs complementary differential amplifier, matched to the negative power supply bus, as well as the first and second additional npn transistors, collectors to which are the main outputs of the complementary differential amplifier, matched to the bus of a positive power supply, the bases of the first and second additional pnp transistors connected to the second current-stabilizing two-pole, the bases of the first and second additional npn transistors connected to the first current-stabilizing two-terminal, emitters of the first and second additional transistors are connected to the corresponding auxiliary outputs of the second group, the emitters of the first and second supplement nyh p-n-p transistors are connected to respective outputs of the first auxiliary group. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основные выходы комплементарного дифференциального усилителя, согласованные с шиной отрицательного источника питания, и основные выходы комплементарного дифференциального усилителя, согласованные с шиной положительного источника питания, подключены ко входам суммирующего каскада, выход которого является основным выходом устройства.2. The device according to claim 1, characterized in that the main outputs of the complementary differential amplifier, matched with the bus of the negative power supply, and the main outputs of the complementary differential amplifier, matched with the bus of the positive power source, are connected to the inputs of the summing stage, the output of which is the main output devices.
RU2006140200/09A 2006-11-14 2006-11-14 Complementary differential amplifier RU2320078C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006140200/09A RU2320078C1 (en) 2006-11-14 2006-11-14 Complementary differential amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006140200/09A RU2320078C1 (en) 2006-11-14 2006-11-14 Complementary differential amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2320078C1 true RU2320078C1 (en) 2008-03-20

Family

ID=39279919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006140200/09A RU2320078C1 (en) 2006-11-14 2006-11-14 Complementary differential amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2320078C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450423C1 (en) * 2011-03-11 2012-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Complementary differential amplifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450423C1 (en) * 2011-03-11 2012-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Complementary differential amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419197C1 (en) Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage
RU2393627C1 (en) Broadband operational amplifier with differential output
RU2364020C1 (en) Differential amplifier with negative in-phase signal feedback
RU2320078C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2390916C1 (en) Precision operational amplifier
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2321156C1 (en) Broadband amplifier
RU2396697C2 (en) High-frequency differential amplifier
RU2436227C1 (en) Broadband amplifier
RU2310268C1 (en) Low-voltage powered cascade differential amplifier
RU2321159C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2460206C1 (en) Cascode microwave amplifier with low supply voltage
RU2383099C2 (en) Differential amplifier with low-resistance inputs
RU2421888C1 (en) Differential amplifier
RU2390912C2 (en) Cascode differential amplifier
RU2475942C1 (en) Broadband differential amplifier
RU2446554C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU2293433C1 (en) Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal
RU2475941C1 (en) Differential amplifier with complementary input cascade
RU2396698C1 (en) Differential amplifier
RU2319292C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2321158C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2374757C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2319295C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2394360C1 (en) Cascode differential amplifier with increased input resistance

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111115