RU2331964C1 - Преобразователь "напряжение-ток" - Google Patents
Преобразователь "напряжение-ток" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2331964C1 RU2331964C1 RU2007118881/09A RU2007118881A RU2331964C1 RU 2331964 C1 RU2331964 C1 RU 2331964C1 RU 2007118881/09 A RU2007118881/09 A RU 2007118881/09A RU 2007118881 A RU2007118881 A RU 2007118881A RU 2331964 C1 RU2331964 C1 RU 2331964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- differential stage
- transistor
- output
- base
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства преобразования аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях, перемножителях напряжения, компараторах и т.д.). Преобразователь «напряжение-ток», содержащий входной дифференциальный каскад (1), реализованный на основе первого (2) и второго (3) входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор (4), а кроме этого эмиттеры связаны с первым (5) и вторым (6) источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки(7) входного дифференциального каскада (1), связанную с коллекторами входных транзисторов (2) и (3) входного дифференциального каскада (1), а также первым (8) и вторым (9) входами выходного дифференциального каскада (10), реализованного на первом (11) и втором (12) выходных транзисторах и источнике опорного тока (13) в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора (11) выходного дифференциального каскада (10) является его первым входом (8), соединенным с коллектором первого входного транзистора (2) входного дифференциального каскада (1), а база второго выходного транзистора (12) выходного дифференциального каскада (10) является его вторым входом (9), соединенным с коллектором второго входного транзистора 3 входного дифференциального каскада (1), подсхему нагрузки (14). В схему введены первый (15) и второй (16) дополнительные транзисторы, коллекторы которых связаны с подсхемой нагрузки (14), эмиттер первого дополнительного транзистора (15) связан с коллектором первого выходного транзистора (11) выходного дифференциального каскада (10), база подключена ко второму источнику опорного тока (6), эмиттер второго дополнительного транзистора (16) соединен с коллектором второго выходного транзистора (12) выходного дифференциального каскада (10), а база подключена к первому источнику опорного тока (5). Технический результат - повышение крутизны выходной характеристики. 7 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства преобразования аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях, перемножителях напряжения, компараторах и т.д.).
Известны схемы классических преобразователей «напряжение-ток» на основе дифференциальных каскадов с симметричной нагрузкой в виде резисторов (или р-n переходов) и местной отрицательной обратной связью, которые нашли широкое применение в современных аналоговых микросхемах [1-22].
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является преобразователь «напряжение-ток», описанный в патенте США №5389893, фиг.5, содержащий входной дифференциальный каскад 1, реализованный на основе первого 2 и второго 3 входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор 4, а кроме этого эмиттеры связаны с первым 5 и вторым 6 источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, связанную с коллекторами входных транзисторов 2 и 3 входного дифференциального каскада 1, а также первым 8 и вторым 9 входами выходного дифференциального каскада 10, реализованного на первом 11 и втором 12 выходных транзисторах и источнике опорного тока 13 в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10 является его первым входом 8, соединенным с коллектором первого входного транзистора 2 входного дифференциального каскада 1, а база второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10 является его вторым входом 9, соединенным с коллектором второго входного транзистора 3 входного дифференциального каскада 1, подсхему нагрузки 14.
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он имеет недостаточно высокую крутизну преобразования входного напряжения в выходной ток, что обусловлено шунтирующим влиянием выходного дифференциального каскада на его работу. Это не позволяет создавать на основе известного преобразователя аналоговые микросхемы с повышенным усилением.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении крутизны преобразования входного напряжения в выходной ток без изменения общего токопотребления.
Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1, реализованный на основе первого 2 и второго 3 входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор 4, а кроме этого эмиттеры связаны с первым 5 и вторым 6 источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, связанную с коллекторами входных транзисторов 2 и 3 входного дифференциального каскада 1, а также первым 8 и вторым 9 входами выходного дифференциального каскада 10, реализованного на первом 11 и втором 12 выходных транзисторах и источнике опорного тока 13 в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10 является его первым входом 8, соединенным с коллектором первого входного транзистора 2 входного дифференциального каскада 1, а база второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10 является его вторым входом 9, соединенным с коллектором второго входного транзистора 3 входного дифференциального каскада 1, подсхему нагрузки 14, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 15 и второй 16 дополнительные транзисторы, коллекторы которых связаны с подсхемой нагрузки 14, эмиттер первого дополнительного транзистора 15 связан с коллектором первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10, база подключена ко второму источнику опорного тока 6, эмиттер второго дополнительного транзистора 16 соединен с коллектором второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10, а база подключена к первому источнику опорного тока 5.
Схема заявляемого устройства показана на фиг.2.
На фиг.3, фиг.4 и фиг.5 представлены варианты построения симметричной цепи нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1.
На фиг.6 показана схема известного преобразователя «напряжение-ток» фиг.1 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на чертеже фиг.7 - зависимость крутизны преобразования входного напряжения в выходной ток для заявляемого (фиг.2) и известного (фиг.6) устройств при одних и тех же параметрах цепи нагрузки 7 и статических режимах.
Преобразователь «напряжение-ток» фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1, реализованный на основе первого 2 и второго 3 входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор 4, а кроме этого эмиттеры связаны с первым 5 и вторым 6 источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, связанную с коллекторами входных транзисторов 2 и 3 входного дифференциального каскада 1, а также первым 8 и вторым 9 входами выходного дифференциального каскада 10, реализованного на первом 11 и втором 12 выходных транзисторах и источнике опорного тока 13 в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10 является его первым входом 8, соединенным с коллектором первого входного транзистора 2 входного дифференциального каскада 1, а база второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10 является его вторым входом 9, соединенным с коллектором второго входного транзистора 3 входного дифференциального каскада 1, подсхему нагрузки 14. В схему введены первый 15 и второй 16 дополнительные транзисторы, коллекторы которых связаны с подсхемой нагрузки 14, эмиттер первого дополнительного транзистора 15 связан с коллектором первого выходного транзистора 11 выходного дифференциального каскада 10, база подключена ко второму источнику опорного тока 6, эмиттер второго дополнительного транзистора 16 соединен с коллектором второго выходного транзистора 12 выходного дифференциального каскада 10, а база подключена к первому источнику опорного тока 5.
Симметричная цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, представленная на фиг.3, содержит р-n переходы 15 и 16, общий узел которых соединен с источником напряжения смещения 17.
На фиг.4 показан другой вариант построения симметричной цепи нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1, которая содержит р-n переходы 18 и 19 и дополнительный резистор 20.
В частном случае (фиг.5) симметричная цепь нагрузки 7 входного дифференциального каскада 1 может содержать два вспомогательных резистора 21 и 22.
Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2.
Отрицательное приращение входного напряжения (uвх<0) вызывает увеличение потенциала ua относительно общей шины. Как следствие, ток базы транзистора 11 уменьшается на величину iб11=i8 - транзистор 11 подзапирается, а эмиттерный и, следовательно, коллекторный ток транзистора 12 увеличивается
iэ12=iэ1=iэ=(1+β11)i8
iк12=iэ16=α12iэ12=α12(1+β11)i8.
Поэтому ток базы транзистора 16 растет на величину
Приращение iб16 поступает в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 2
Поэтому в узле «А» происходит почти полная взаимная компенсация приращений токов i8 и iк2:
iΣA=i8-iк2=i8(1-Ti8),
где 
С другой стороны в узле «В» обеспечивается аналогично компенсация составляющих токов базы транзистора 12 (i9) и коллектора транзистора 3 (iк3):
iΣB=i9(1-Ti9),
где 
Таким образом, в схеме фиг.2 при Ti9=1 и Ti8=1 компенсируется влияние входных токов выходного дифференциального каскада 10 на работу входного каскада 1. Это позволяет получить от первого каскада 1 предельно высокие значения коэффициента усиления по напряжению, который определяется отношением сопротивлений резисторов нагрузки 7 и резистора 4. Как следствие, это повышает крутизну преобразования входного напряжения в выходной ток преобразователя.
Если в качестве симметричной нагрузки применяются р-n переходы (фиг.3, фиг.4), то в схеме такого преобразователя ослабляется влияние выходного каскада 10 на погрешность устройства.
Полученные выше выводы подтверждаются результатами (фиг.7) моделирования предлагаемой (фиг.2) и известной (фиг.6) схем в среде PSpice - крутизна преобразования увеличивается более чем в 15 раз без ухудшения энергетических параметров.
Литература
1. Патент США №5.666.888.
2. Патент США №5.767.741.
3. Патентная заявка 20020053935.
4. Патент США №5.550.512.
5. Патент США 5.256.984.
6. Патент США №4.439.696.
7. А.св. СССР 600545.
8. Патент США 5.389.893.
9. Патент США 5.914.639.
10. Патент США 5.521.544.
11. Патент США №4.721.920.
12. Патентная заявка 20040251965 А1.
13. Патент США №5.065.112.
14. Патент США №5.521.544.
15. Патент США №4.288.707.
16. Патент США №5.774.020.
17. Патент США №4.498.053.
18. Патент США №5.610.547, фиг.19.
19. Патент США №6.369.618, фиг.2.
20. Патент США №6.111.463, фиг.1.
21. Патент США №5.610.547.
22. Патент США 4.385364.
Claims (1)
- Преобразователь «напряжение-ток», содержащий входной дифференциальный каскад (1), реализованный на основе первого (2) и второго (3) входных транзисторов, между эмиттерами которых включен масштабный резистор (4), а, кроме этого, эмиттеры связаны с первым (5) и вторым (6) источниками опорного тока, симметричную цепь нагрузки (7) входного дифференциального каскада (1), связанную с коллекторами входных транзисторов (2) и (3) входного дифференциального каскада (1), а также первым (8) и вторым (9) входами выходного дифференциального каскада (10), реализованного на первом (11) и втором (12) выходных транзисторах и источнике опорного тока (13) в их общей эмиттерной цепи, причем база первого выходного транзистора (11) выходного дифференциального каскада (10) является его первым входом (8), соединенным с коллектором первого входного транзистора (2) входного дифференциального каскада (1), а база второго выходного транзистора (12) выходного дифференциального каскада (10) является его вторым входом (9), соединенным с коллектором второго входного транзистора (3) входного дифференциального каскада (1), подсхему нагрузки (14), отличающийся тем, что в схему введены первый (15) и второй (16) дополнительные транзисторы, коллекторы которых связаны с подсхемой нагрузки (14), эмиттер первого дополнительного транзистора (15) связан с коллектором первого выходного транзистора (11) выходного дифференциального каскада (10), база подключена ко второму источнику опорного тока (6), эмиттер второго дополнительного транзистора (16) соединен с коллектором второго выходного транзистора (12) выходного дифференциального каскада (10), а база подключена к первому источнику опорного тока (5).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118881/09A RU2331964C1 (ru) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Преобразователь "напряжение-ток" |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118881/09A RU2331964C1 (ru) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Преобразователь "напряжение-ток" |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2331964C1 true RU2331964C1 (ru) | 2008-08-20 |
Family
ID=39748151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007118881/09A RU2331964C1 (ru) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Преобразователь "напряжение-ток" |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2331964C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2571578C1 (ru) * | 2014-11-11 | 2015-12-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Входной каскад мультидифференциального операционного усилителя для радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса |
| RU2658818C1 (ru) * | 2017-05-05 | 2018-06-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный преобразователь "напряжение-ток" с широким диапазоном линейной работы |
| RU2724975C1 (ru) * | 2020-03-13 | 2020-06-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Преобразователь дифференциального входного напряжения с парафазными токовыми выходами на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
-
2007
- 2007-05-21 RU RU2007118881/09A patent/RU2331964C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2571578C1 (ru) * | 2014-11-11 | 2015-12-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Входной каскад мультидифференциального операционного усилителя для радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса |
| RU2658818C1 (ru) * | 2017-05-05 | 2018-06-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный преобразователь "напряжение-ток" с широким диапазоном линейной работы |
| RU2724975C1 (ru) * | 2020-03-13 | 2020-06-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Преобразователь дифференциального входного напряжения с парафазными токовыми выходами на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2365969C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| RU2331964C1 (ru) | Преобразователь "напряжение-ток" | |
| RU2390916C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2346388C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2523947C1 (ru) | Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов | |
| RU2416155C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2384936C1 (ru) | Управляемый двухкаскадный дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу | |
| RU2414808C1 (ru) | Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2579127C1 (ru) | Широкополосный преобразователь n-токовых входных сигналов в напряжение на основе операционного усилителя | |
| RU2446555C2 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2293433C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала | |
| RU2416149C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2390921C1 (ru) | Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2394358C1 (ru) | Низковольтный аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2449465C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2621289C1 (ru) | Двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
| RU2346383C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| RU2365971C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| RU2383100C1 (ru) | Радиационно стойкий преобразователь "напряжение - ток" | |
| RU2469465C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2343626C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| RU2278466C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала | |
| RU2420862C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2402150C1 (ru) | Токовое зеркало с цепью нагрузки в виде каскада на транзисторе с общим эмиттером |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120522 |