RU2333593C1 - Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы - Google Patents
Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333593C1 RU2333593C1 RU2007118806/09A RU2007118806A RU2333593C1 RU 2333593 C1 RU2333593 C1 RU 2333593C1 RU 2007118806/09 A RU2007118806/09 A RU 2007118806/09A RU 2007118806 A RU2007118806 A RU 2007118806A RU 2333593 C1 RU2333593 C1 RU 2333593C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- input
- circuit
- output
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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), компараторах) с малым токопотреблением в статическом режиме. Технический результат заключается в увеличении максимального уровня выходного тока дифференциального усилителя (ДУ) в широком диапазоне изменения выходного напряжения, близкого к напряжению питания. ДУ содержит входной дифференциальный каскад (ДК) (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, цепь стабилизации статического режима (ЦССР) (4) в общей эмиттерной цепи ДК (1), имеющая неинвертирующий вход (5), первый (6) и второй (7) транзисторы (Т) цепи обратной связи (ЦОС), первый (8) и второй (9) токостабилизирующие двухполюсники (ТСД). База первого Т (6) ЦОС соединена с первым (2) токовым выходом ДК (1) и первым ТСД (8), база второго Т (7) ЦОС соединена со вторым (3) токовым выходом ДК (1) и вторым ТСД (9), а коллекторы первого Т (6) и второго Т (7) ЦОС связаны с неинвертирующим входом (5) ЦССР (4). В схему введены первое (10), второе (11) и третье (12) токовые зеркала (ТЗ), эмиттер первого Т (6) ЦОС соединен со входом первого ТЗ (10), эмиттер второго Т (7) ЦОС соединен со входом второго ТЗ (11), выход первого ТЗ (10) соединен со входом третьего ТЗ (12), выходы второго ТЗ (11) и третьего ТЗ (12) связаны друг с другом и подключены к выходу (13) ДУ. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
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), компараторах) с малым токопотреблением в статическом режиме.
Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ) на n-р-n и р-n-р транзисторах [1-5] с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в ав. свид. СССР №1104648 (он же - патент США №3.959.733), содержащий входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, цепь стабилизации статического режима 4 в общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада 1, имеющая неинвертирующий вход 5, первый 6 и второй 7 транзисторы цепи обратной связи, первый 8 и второй 9 токостабилизирующие двухполюсники, причем база первого 6 транзистора цепи обратной связи соединена с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и первым 8 токостабилизирующим двухполюсником, база второго 7 транзистора цепи обратной связи соединена со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и вторым 9 токостабилизирующим двухполюсником, а коллекторы первого 6 и второго 7 транзисторов цепи обратной связи связаны с неинвертирующим входом 5 цепи стабилизации статического режима 4.
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он не в состоянии обеспечить максимальное выходное напряжение, близкое к напряжению питания, а также большие выходные токи в нагрузке Rн (максимальный ток в Rн ДУ-прототипа (Iн.max) не превышает статического уровня эмиттерного тока выходных транзисторов).
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в увеличении максимального уровня выходного тока дифференциального усилителя Iн.max в широком диапазоне изменения выходного напряжения, близкого к напряжению питания.
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе (фиг.1), содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, цепь стабилизации статического режима 4 в общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада 1, имеющая неинвертирующий вход 5, первый 6 и второй 7 транзисторы цепи обратной связи, первый 8 и второй 9 токостабилизирующие двухполюсники, причем база первого 6 транзистора цепи обратной связи соединена с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и первым 8 токостабилизирующим двухполюсником, база второго 7 транзистора цепи обратной связи соединена со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и вторым 9 токостабилизирующим двухполюсником, а коллекторы первого 6 и второго 7 транзисторов цепи обратной связи связаны с неинвертирующим входом 5 цепи стабилизации статического режима 4, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первое 10, второе 11 и третье 12 токовые зеркала, эмиттер первого 6 транзистора цепи обратной связи соединен со входом первого токового зеркала 10, эмиттер второго 7 транзистора цепи обратной связи соединен со входом второго токового зеркала 11, выход первого 10 токового зеркала соединен со входом третьего токового зеркала 12, выходы второго 11 и третьего 12 токовых зеркал связаны друг с другом и подключены к выходу 13 дифференциального усилителя.
Схема заявляемого устройства в соответствии с пп.1, 4 формулы изобретения показана на фиг.2.
На фиг.3 показана схема предлагаемого устройства, соответствующего пп.1, 2 и 3 формулы изобретения.
На фиг.4 показана схема ДУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.5 - зависимость его выходного напряжения от входного напряжения при замкнутой 50% отрицательной обратной связи.
На фиг.6 показана схема заявляемого ДУ фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.7 - зависимость выходного тока от входного напряжения для заявляемого (фиг.6) и известного (фиг.1) ДУ.
Дифференциальный усилитель фиг.2 (п.1 формулы изобретения) содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, цепь стабилизации статического режима 4 в общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада 1, имеющая неинвертирующий вход 5, первый 6 и второй 7 транзисторы цепи обратной связи, первый 8 и второй 9 токостабилизирующие двухполюсники, причем база первого 6 транзистора цепи обратной связи соединена с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и первым 8 токостабилизирующим двухполюсником, база второго 7 транзистора цепи обратной связи соединена со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и вторым 9 токостабилизирующим двухполюсником, а коллекторы первого 6 и второго 7 транзисторов цепи обратной связи связаны с неинвертирующим входом 5 цепи стабилизации статического режима 4. В схему введены первое 10, второе 11 и третье 12 токовые зеркала, эмиттер первого 6 транзистора цепи обратной связи соединен со входом первого токового зеркала 10, эмиттер второго 7 транзистора цепи обратной связи соединен со входом второго токового зеркала 11, выход первого 10 токового зеркала соединен со входом третьего токового зеркала 12, выходы второго 11 и третьего 12 токовых зеркал связаны друг с другом и подключены к выходу 13 дифференциального усилителя.
В соответствии с п.2 формулы изобретения (фиг.3) эмиттер первого 6 транзистора цепи обратной связи связан со входом первого 10 токового зеркала через первый 14 дополнительный резистор, эмиттер второго 7 транзистора цепи обратной связи связан со входом второго 11 токового зеркала через второй 15 дополнительный резистор, причем параллельно первому 14 дополнительному резистору включен эмиттерно-базовый переход первого 16 вспомогательного транзистора, а параллельно второму 15 дополнительному резистору включен эмиттерно-базовый переход второго 17 вспомогательного транзистора.
В соответствии с п.3 формулы изобретения (фиг.3) цепь стабилизации статического режима 4 может быть выполнена на основе третьего вспомогательного транзистора 18, эмиттер которого соединен с ее неинвертирующим входом 5 и вспомогательным резистором 19, база подключена к источнику напряжения смещения 20, а коллектор - к общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада 1. Пример такой цепи стабилизации показан также на фиг.1.
В соответствии с п.4 формулы изобретения цепь стабилизации статического режима 4 в схеме фиг.2 выполнена в виде источника тока 21, который соединен с ее неинвертирующим входом 5 и общей эмиттерной цепью входного дифференциального каскада 1.
Рассмотрим работу заявляемого ДУ фиг.3.
В статическом режиме при нулевом входном сигнале (uвх=0), транзисторы 16 и 17 закрыты и практически не влияют на работу схемы. Небольшие положительные приращения uвх вызывают увеличение коллекторного тока транзистора 7 и уменьшение на эту же величину коллекторного тока транзистора 6. При этом сумма токов коллекторов транзисторов 6 и 7 не изменяется. Ток в нагрузке Rн как разность выходного тока токового зеркала 11 и токового зеркала 12 изменяется пропорционально uвх. При этом выходное напряжение может изменяться от напряжения питания 
до 
.
Дальнейшее увеличение входного напряжения uвх>0 приводит к переходу транзистора 17 в активный режим за счет увеличения падения напряжения на резисторе 15. В результате отрицательная обратная связь, стабилизирующая статический режим ДУ, выключается, что позволяет получить более высокие предельные значения токов в нагрузке Rн.
При реальных значениях параметров схемы фиг.3 ток Iн max измеряется десятками миллиампер, что (при одинаковых статических режимах) существенно превышает аналогичный параметр ДУ-прототипа (см. фиг.7).
Полученные выше выводы подтверждаются результатами моделирования предлагаемой схемы в среде PSpice (фиг.7) - максимальный выходной ток ДУ в несколько десятков раз превышает максимальный выходной ток известного устройства и соответствующий статический ток выходных транзисторов. Такой режим характерен для усилителей класса АВ. Расширение диапазона изменения выходных токов ДУ без увеличения энергопотребления в статическом режиме позволяет увеличить быстродействие различных аналоговых устройств, работающих на емкостную нагрузку.
Кроме этого, заявляемое устройство характеризуется предельно возможными значениями диапазона изменения выходного напряжения (от шины питания до шины питания), что характерно для усилителей класса rail-to-rail.
Таким образом, заявляемый ДУ характеризуется более широким диапазоном активной работы как по выходному току, так и по выходному напряжению.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США №3.551.836.
2. Патент США №3.959.733.
3. Патент США №4.050.030.
4. Патент США №3.435.365, фиг.1.
5. Авт. св. СССР №1.104.648.
Claims (4)
1. Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, цепь стабилизации статического режима (4) в общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада (1), имеющая неинвертирующий вход (5), первый (6) и второй (7) транзисторы цепи обратной связи, первый (8) и второй (9) токостабилизирующие двухполюсники, причем база первого (6) транзистора цепи обратной связи соединена с первым (2) токовым выходом входного дифференциального каскада (1) и первым (8) токостабилизирующим двухполюсником, база второго (7) транзистора цепи обратной связи соединена со вторым (3) токовым выходом входного дифференциального каскада (1) и вторым (9) токостабилизирующим двухполюсником, а коллекторы первого (6) и второго (7) транзисторов цепи обратной связи связаны с неинвертирующим входом (5) цепи стабилизации статического режима (4), отличающийся тем, что в схему введены первое (10), второе (11) и третье (12) токовые зеркала, эмиттер первого (6) транзистора цепи обратной связи соединен со входом первого токового зеркала (10), эмиттер второго (7) транзистора цепи обратной связи соединен со входом второго токового зеркала (11), выход первого (10) токового зеркала соединен со входом третьего токового зеркала (12), выходы второго (11) и третьего (12) токовых зеркал связаны друг с другом и подключены к выходу (13) дифференциального усилителя.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эмиттер первого (6) транзистора цепи обратной связи связан со входом первого (10) токового зеркала через первый (14) дополнительный резистор, эмиттер второго (7) транзистора цепи обратной связи связан со входом второго (11) токового зеркала через второй (15) дополнительный резистор, причем параллельно первому (14) дополнительному резистору включен эмиттерно-базовый переход первого (16) вспомогательного транзистора, а параллельно второму (15) дополнительному резистору включен эмиттерно-базовый переход второго (17) вспомогательного транзистора.
3. Устройство по любому пп.1 и 2, отличающееся тем, что цепь стабилизации статического режима (4) выполнена на основе третьего вспомогательного транзистора (18), эмиттер которого соединен с ее неинвертирующим входом (5) и вспомогательным резистором (19), база - подключена к источнику напряжения смещения (20), а коллектор - к общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада (1).
4. Устройство по любому пп.1 и 2, отличающееся тем, что цепь стабилизации статического режима (4) выполнена в виде источника тока (21), который соединен с ее неинвертирующим входом (5) и общей эмиттерной цепью входного дифференциального каскада (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118806/09A RU2333593C1 (ru) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118806/09A RU2333593C1 (ru) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2333593C1 true RU2333593C1 (ru) | 2008-09-10 |
Family
ID=39867069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007118806/09A RU2333593C1 (ru) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2333593C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727704C1 (ru) * | 2020-02-06 | 2020-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
| RU2732950C1 (ru) * | 2020-04-29 | 2020-09-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Низкотемпературный и радиационно-стойкий компенсационный стабилизатор напряжения на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
| RU2770913C1 (ru) * | 2021-10-06 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля на комплементарных полевых транзисторах |
| RU2770912C1 (ru) * | 2021-10-06 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах |
-
2007
- 2007-05-21 RU RU2007118806/09A patent/RU2333593C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727704C1 (ru) * | 2020-02-06 | 2020-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
| RU2732950C1 (ru) * | 2020-04-29 | 2020-09-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Низкотемпературный и радиационно-стойкий компенсационный стабилизатор напряжения на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
| RU2770913C1 (ru) * | 2021-10-06 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля на комплементарных полевых транзисторах |
| RU2770912C1 (ru) * | 2021-10-06 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bandyopadhyay et al. | Design of two stage cmos operational amplifier in 180nm technology with low power and high cmrr | |
| KR100877626B1 (ko) | 클래스 ａｂ 증폭기 및 이를 위한 입력 스테이지 회로 | |
| RU2333593C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы | |
| RU2331971C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы | |
| Torfifard et al. | A Power‐Efficient CMOS Adaptive Biasing Operational Transconductance Amplifier | |
| RU2354041C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2416155C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2384938C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель с управляемым усилением | |
| RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2536376C1 (ru) | Операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2331970C1 (ru) | Дифференциальный усилитель класса ав | |
| RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2393629C1 (ru) | Комплементарный каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2439780C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2433523C1 (ru) | Прецизионный дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2365029C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2284647C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2421894C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| Šovčík et al. | Adverse effects of digital calibration hardware on low-voltage operational amplifiers | |
| RU2568318C1 (ru) | Мультидифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2459348C1 (ru) | Операционный усилитель с цепью коррекции коэффициента усиления | |
| RU2292635C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы | |
| RU2309531C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120522 |