RU2343626C1 - Current mirror - Google Patents
Current mirror Download PDFInfo
- Publication number
- RU2343626C1 RU2343626C1 RU2007144697/09A RU2007144697A RU2343626C1 RU 2343626 C1 RU2343626 C1 RU 2343626C1 RU 2007144697/09 A RU2007144697/09 A RU 2007144697/09A RU 2007144697 A RU2007144697 A RU 2007144697A RU 2343626 C1 RU2343626 C1 RU 2343626C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- input
- output
- current mirror
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве функционального узла различных устройств усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), компараторах).The invention relates to the field of radio engineering and communications and can be used as a functional unit of various devices for amplifying analog signals, in the structure of analog microcircuits of various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps), comparators).
Основой большинства современных операционных усилителей, стабилизаторов напряжения, компараторов являются так называемые «токовые зеркала» (повторители тока) [1-56]. В патентной литературе эти устройства с одним и тем же функциональным назначением присутствуют в классе H03F, а также классах G05F, Н03К МПК. Качественные показатели многих аналоговых устройств определяются динамическими параметрами токовых зеркал. Именно этим объясняется большое число патентов, посвященных данному подклассу функциональных узлов [1-56].The basis of most modern operational amplifiers, voltage stabilizers, comparators are the so-called "current mirrors" (current repeaters) [1-56]. In the patent literature, these devices with the same functional purpose are present in the class H03F, as well as classes G05F, H03K IPC. Qualitative indicators of many analog devices are determined by the dynamic parameters of current mirrors. This explains the large number of patents devoted to this subclass of functional units [1-56].
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является токовое зеркало, описанное в патенте японской фирмы NEC Corporation, зарегистрированном в США №6300803 (фиг.5), содержащее входной транзистор 1, коллектор которого соединен со входом 2 токового зеркала и базой вспомогательного транзистора 3, база входного транзистора 1 связана с базой выходного транзистора 4, коллектор которого подключен к выходу 5 токового зеркала, причем эмиттер первого входного транзистора 1 соединен с коллектором вспомогательного транзистора 3 и эмиттером выходного транзистора 4.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a current mirror described in the patent of the Japanese company NEC Corporation, registered in the USA No. 6300803 (figure 5), containing an
Существенный недостаток известного токового зеркала состоит в том, что оно не обеспечивает высокую точность передачи по току в том случае, если статические потенциалы на коллекторах входного 1 и выходного 6 транзисторов существенно отличаются друг от друга. Следует отметить, что такой режим работы токовых зеркал характерен при их использовании в схемах многих операционных усилителей и повторителей напряжения с типовой архитектурой (см. патенты США 5512457; №6114908 фиг.1). Вследствие этого недостатка известного устройства напряжение смещения нуля аналоговых микросхем на его основе измеряется единицами милливольт.A significant drawback of the known current mirror is that it does not provide high current transfer accuracy if the static potentials on the collectors of the
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении точности передачи по току токового зеркала и, как следствие, в уменьшении напряжения смещения нуля, повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала Кос.сф и коэффициента подавления помехи по питанию Кпп в операционных усилителях на его основе.The main objective of the invention is to increase the current transmission accuracy of the current mirror and, as a result, to reduce the zero bias voltage, increase the attenuation coefficient of the input common-mode signal K OS.sf and the noise reduction coefficient for power supply K pp in operational amplifiers based on it.
Поставленная цель достигается тем, что в токовом зеркале фиг.1, содержащем входной транзистор 1, коллектор которого соединен со входом 2 токового зеркала и базой вспомогательного транзистора 3, база входного транзистора 1 связана с базой выходного транзистора 4, коллектор которого подключен к выходу 5 токового зеркала, причем эмиттер первого входного транзистора 1 соединен с коллектором вспомогательного транзистора 3 и эмиттером выходного транзистора 4, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен первый 6 источник напряжения смещения, подключенный к объединенным базам входного 1 и выходного 4 транзисторов, эмиттер вспомогательного транзистора 3 связан с первой шиной источника питания 7, а объединенные эмиттеры входного 1 и выходного 4 транзисторов соединены со второй 8 шиной источника питания через первый дополнительный двухполюсник 9.This goal is achieved by the fact that in the current mirror of FIG. 1 containing an
Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения показана на фиг.2. Здесь ко входу 2 подключен токовый источник сигнала 10, а к выходу 5 - нагрузка 11.A diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 показана схема заявляемого токового зеркала, соответствующего п.2 формулы изобретения. Здесь эмиттер транзистора 3 соединен с первой шиной 7 источника питания через второй 12 источник напряжения смещения.Figure 3 shows a diagram of the inventive current mirror corresponding to
На фиг.4 изображен вариант построения токового зеркала в соответствии с п.3 формулы изобретения. В этой схеме заявляемое устройство включено в структуру операционного усилителя, а второй 12 источник напряжения смещения реализован на буферном усилителе 13, содержащем транзистор 15 и двухполюсник 16. Вход 2 и выход 5 токового зеркала связаны с токовыми выходами 10 и 11 классического дифференциального каскада 17 на транзисторах 18, 19 и двухполюснике 20.Figure 4 shows a variant of constructing a current mirror in accordance with
На фиг.5а показана схема заявляемого (фиг.2) устройства в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.5б - график зависимости его выходного тока от входного тока.On figa shows a diagram of the claimed (figure 2) device in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors FSUE NPP "Pulsar", and on figb is a graph of the dependence of its output current on the input current.
На фиг.6 показана схема прецизионного повторителя малых входных напряжений с заявляемым токовым зеркалом (фиг.3) в среде PSpice, на базе которой выполнено измерение напряжения смещения нуля (здесь Uсм=16 мкВ).Fig.6 shows a diagram of a precision follower of small input voltages with the claimed current mirror (Fig.3) in a PSpice environment, on the basis of which a zero bias voltage measurement was performed (here U cm = 16 μV).
На фиг.7 показана схема прецизионного повторителя напряжения с заявляемым токовым зеркалом (фиг.4) в среде PSpice, на базе которой выполнено измерение напряжения смещения нуля (здесь Uсм=15 мкВ).Fig. 7 shows a diagram of a precision voltage follower with the claimed current mirror (Fig. 4) in a PSpice environment, on the basis of which a zero bias voltage measurement was performed (here U cm = 15 μV).
На фиг.8 показана другая схема операционного усилителя с заявляемым токовым зеркалом фиг.4 в среде PSpice, на базе которой выполнено измерение напряжения смещения нуля (здесь Uсм=31 мкВ).On Fig shows another diagram of the operational amplifier with the claimed current mirror of figure 4 in the environment of PSpice, on the basis of which the measurement of the bias voltage zero (here U cm = 31 μV).
Токовое зеркало фиг.2 содержит входной транзистор 1, коллектор которого соединен со входом 2 токового зеркала и базой вспомогательного транзистора 3, база входного транзистора 1 связана с базой выходного транзистора 4, коллектор которого подключен к выходу 5 токового зеркала, причем эмиттер первого входного транзистора 1 соединен с коллектором вспомогательного транзистора 3 и эмиттером выходного транзистора 4. В схему введен первый 6 источник напряжения смещения, подключенный к объединенным базам входного 1 и выходного 4 транзисторов, эмиттер вспомогательного транзистора 3 связан с первой шиной источника питания 7, а объединенные эмиттеры входного 1 и выходного 4 транзисторов соединены со второй 8 шиной источника питания через первый дополнительный двухполюсник 9.The current mirror of figure 2 contains an
В соответствии с п.2 формулы изобретения (фиг.3) эмиттер вспомогательного транзистора 3 связан с первой 7 шиной источника питания через второй 12 источник напряжения смещения.In accordance with
В соответствии с п.3 формулы изобретения (фиг.4) в качестве второго 12 источника напряжения смещения используется дополнительный повторитель напряжения 13, вход которого соединен с выходом 5 токового зеркала, а выход 14 подключен к эмиттеру вспомогательного транзистора 3.In accordance with
Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.3.Consider the operation of the inventive device of figure 3.
В статическом режиме токи в схеме взаимосвязаны друг с другом:In static mode, the currents in the circuit are interconnected with each other:
где Iкi, Iэi - коллекторные (эмиттерные) токи,where I ki , I ei - collector (emitter) currents,
αi≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера,α i ≈1 - gain current of the emitter,
Е6 - напряжение первого источника напряжения смещения.E 6 is the voltage of the first bias voltage source.
Таким образом, выходной ток в схеме фиг.3 пропорционален входному току:Thus, the output current in the circuit of figure 3 is proportional to the input current:
За счет выбора напряжения Е12 второго источника напряжения смещения 12 можно обеспечить равенство U2=Uвых. В этом случае внутренняя обратная связь в транзисторах 1 и 4 не влияет на коэффициент передачи по току (Кi12=Iвых/Iвх≈1), который становится более близким к единице. Это является дополнительным условием повышения точности заявляемого токового зеркала и, как следствие, улучшения его Uсм, Кос.сф, Кпп.By selecting the voltage E12 of the second
Особенность схемы фиг.4 состоит в том, что здесь напряжение второго источника смещения 12 зависит от напряжения в узле 5 токового зеркала и изменяется синхронно с ним. В целом это обеспечивает повышение коэффициента усиления по напряжению (Ку), коэффициента ослабления синфазного сигнала (Кос.сф), коэффициента подавления помехи по питанию (Кпп).A feature of the circuit of FIG. 4 is that here the voltage of the
Моделирование схемы повторителя напряжения небольших уровней (uвх≤0,7 B), представленной на фиг.6, показывает, что благодаря повышению статической точности предлагаемого токового зеркала напряжение смещения нуля Uсм получается без каких-либо регулировок сравнительно малым (Uсм=16 мкВ).Modeling the voltage follower circuit of small levels (u in ≤0.7 V) shown in Fig.6 shows that due to the increase in the static accuracy of the proposed current mirror, the zero bias voltage U cm is obtained without any comparatively small adjustments (U cm = 16 μV).
В других модификациях повторителя напряжения и ОУ (фиг.7, фиг.8) обеспечивается более широкий диапазон входного сигнала. Данные достоинства схем фиг.2 - фиг.8 позволяют создать прецизионные ОУ на базе одного каскада усиления.In other modifications of the voltage follower and op-amp (FIG. 7, FIG. 8), a wider range of input signal is provided. These advantages of the schemes of Fig.2 - Fig.8 allow you to create precision op-amps based on one amplification stage.
Как показывает эксперимент (фиг.6-фиг.8), напряжение смещения нуля ОУ на базе заявляемого токового зеркала уменьшается без каких-либо регулировок и подстроек резисторов более чем в 10 раз.As the experiment shows (Fig.6-Fig.8), the zero-offset voltage of the op-amp based on the inventive current mirror decreases without any adjustments and adjustments of the resistors by more than 10 times.
Замечательная особенность токового зеркала фиг.4 состоит также в том, что при его использовании в операционных усилителях коэффициент усиления по напряжению (Ку) повышается. Это связано с эффектом взаимной компенсации влияния выходных проводимостей двухполюсников 15 и 16 на коэффициент усиления.A remarkable feature of the current mirror of FIG. 4 is also that when it is used in operational amplifiers, the voltage gain (K y ) increases. This is due to the effect of mutual compensation of the effect of the output conductivities of two-
За счет предлагаемого токового зеркала в ОУ на его основе также повышается коэффициент ослабления синфазных сигналов (Кос.сф) и коэффициент подавления помехи по питанию (Кпп). Этот эффект объясняется тем, что коэффициент передачи по току предлагаемых токовых зеркал более близок к единице, чем в известном устройстве. В целом это повышает Кос.сф и Кпп, уменьшает Uсм.Due to the proposed current mirror in the op-amp, based on it, the attenuation coefficient of common-mode signals (K os.sf ) and the suppression coefficient of power interference (K pp ) are also increased. This effect is explained by the fact that the current transfer coefficient of the proposed current mirrors is closer to unity than in the known device. In general, it increases K OS.F and K PP , reduces U see
Полученные выше выводы подтверждаются результатами моделирования предлагаемых схем в среде PSpice.The above findings are confirmed by the simulation results of the proposed schemes in the environment of PSpice.
Таким образом, заявляемое токовое зеркало характеризуется более высокими точностными параметрами, что положительно сказывается на ряде параметров операционных усилителей на его основе.Thus, the claimed current mirror is characterized by higher accuracy parameters, which positively affects a number of parameters of operational amplifiers based on it.
Библиографический списокBibliographic list
1. Патент РФ №1329639.1. RF patent No. 1329639.
2. Патент США №3681623.2. US Patent No. 3681623.
3. Патент США №3813607.3. US Patent No. 3813607.
4. Патент США №3835410.4. US Patent No. 3835410.
5. Патент США №4008441 H03F 3/16.5. US patent No. 4008441
6. Патент США №4013973.6. US patent No. 4013973.
7. Патент США №4030044 (фиг.3).7. US patent No. 4030044 (figure 3).
8. Патент США №4057763.8. US Patent No. 4057763.
9. Патент США №4095189.9. US patent No. 4095189.
10. Патент США №4117417.10. US Patent No. 4117417.
11. Патент США №4241315.11. US patent No. 4241315.
12. Патент США №4345213.12. US patent No. 4345213.
13. Патент США №4412186 H03F 3/04.13. US patent No. 4412186
14. Патент США №4462005 H03F 3/04.14. US patent No. 4462005
15. Патент США №4471236.15. US patent No. 4471236.
16. Патент США №4473794.16. US patent No. 4473794.
17. Патент США №4567444.17. US patent No. 4567444.
18. Патент США №4591804 H03F 3/04.18. US patent No. 4591804
19. Патент США №4769619.19. US patent No. 4769619.
20. Патент США №4855686.20. US patent No. 4855686.
21. Патент США №4879524 H03F 3/26.21. US patent No. 4879524
22. Патент США №4897614.22. US patent No. 4897614.
23. Патент США №4937515 G05F 3/26.23. US patent No. 4937515
24. Патент США №4990864.24. US patent No. 4990864.
25. Патент США №5053718.25. US patent No. 5053718.
26. Патент США №5079518 Н03К 3/16.26. US patent No. 5079518
27. Патент США №5164658.27. US Patent No. 5,164,658.
28. Патент США №5357188 G05F 3/26.28. US patent No. 5357188
29. Патент США №5373253.29. US patent No. 5373253.
30. Патент США №5394079 G05F 3/16.30. US patent No. 5394079
31. Патент США №5399991.31. US patent No. 5399991.
32. Патент США №5512815 G05F 3/16.32. US patent No. 5512815
33. Патент США №5572114.33. US patent No. 5572114.
34. Патент США №5633612.34. US patent No. 5633612.
35. Патент США №5721512.35. US patent No. 5721512.
36. Патент США №5933055.36. US patent No. 5933055.
37. Патент США №5969574.37. US patent No. 5969574.
38. Патент США №5986507.38. US patent No. 5986507.
39. Патент США №6016050.39. US patent No. 6016050.
40. Патент США №6570438.40. US patent No. 6570438.
41. Патент США №6573795.41. US patent No. 6573795.
42. Патент США №6586918.42. US patent No. 6586918.
43. Патент США №6606001.43. US patent No. 6606001.
44. Патент США №6291977.44. US patent No. 6291977.
45. Патент США №6300803.45. US patent No. 6300803.
46. Патент США №6528981.46. US patent No. 6528981.
47. Патент США №6630818.47. US patent No. 6630818.
48. Патент США №6633198.48. US patent No. 6633198.
49. Патент США №6639452.49. US patent No. 6639452.
50. Патент США №6657481.50. US patent No. 6657481.
51. Патент США №6677807.51. US patent No. 6677807.
52. Патент США №6680605.52. US patent No. 6680605.
53. Патент США №6816014.53. US patent No. 6816014.
54. Патент РФ RU 2193273.54. RF patent RU 2193273.
55. Патентная заявка США 2004/081688.55. US patent application 2004/081688.
56. Патентная заявка США 2003/0030492.56. US patent application 2003/0030492.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007144697/09A RU2343626C1 (en) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | Current mirror |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007144697/09A RU2343626C1 (en) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | Current mirror |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2343626C1 true RU2343626C1 (en) | 2009-01-10 |
Family
ID=40374378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007144697/09A RU2343626C1 (en) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | Current mirror |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2343626C1 (en) |
-
2007
- 2007-11-30 RU RU2007144697/09A patent/RU2343626C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2365969C1 (en) | Current mirror | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2346388C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2343626C1 (en) | Current mirror | |
RU2331964C1 (en) | Voltage-to-current converter | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2414808C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2621289C1 (en) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain | |
RU2293433C1 (en) | Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal | |
RU2365029C1 (en) | Cascode difference amplifier with low offset voltage | |
RU2343627C1 (en) | Current mirror | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2362202C1 (en) | Current mirror | |
RU2362203C1 (en) | Current mirror | |
RU2390921C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit | |
RU2412540C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2390918C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2346383C1 (en) | Current mirror | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2411641C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2365971C1 (en) | Current mirror | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2402154C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121201 |