RU2346382C1 - Дифференциальный усилитель с парафазным выходом - Google Patents
Дифференциальный усилитель с парафазным выходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2346382C1 RU2346382C1 RU2007145339/09A RU2007145339A RU2346382C1 RU 2346382 C1 RU2346382 C1 RU 2346382C1 RU 2007145339/09 A RU2007145339/09 A RU 2007145339/09A RU 2007145339 A RU2007145339 A RU 2007145339A RU 2346382 C1 RU2346382 C1 RU 2346382C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- emitter
- resistor
- output transistor
- current
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Использование: в области радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении диапазона изменения выходного напряжения. Дифференциальный усилитель содержит входной параллельно-балансный каскад 1, первый 2 и второй 3 токовые выходы которого связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 двухполюсниками нагрузки и базами первого 6 и второго 7 выходных транзисторов, выходной транзистор стабилизатора тока 8, коллектор которого соединен с общей эмиттерной цепью 9 входного параллельно-балансного каскада 1, а база связана с первым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода 10, первый 11 и второй 12 резисторы обратной связи, имеющие общий узел 13, подключенные к эмиттерам соответствующих первого 6 и второго 7 выходных транзисторов и первому 14 и второму 15 противофазным выходам двухтактного дифференциального усилителя, первый 16 и второй 17 эмиттерные резисторы, а также первый 18 и второй 19 дополнительные двухполюсники, включенные последовательно между эмиттерами первого 6 и второго 7 выходных транзисторов и имеющие общий узел 20, соединенный с базой выходного транзистора стабилизатора тока 8, общий узел 13 первого 11 и второго 12 резисторов обратной связи соединен со вторым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода 10 и через второй 17 эмиттерный резистор связан с шиной источника питания 21, а эмиттер выходного транзистора стабилизатора тока 8 соединен с шиной источника питания 21 через первый эмиттерный резистор 16. 4 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).
Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ) [1-14] с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем первого и второго поколения.
В последние годы ДУ данного класса стали снова активно применяться в структуре СВЧ-устройств [1, 2, 3], реализованных на базе новейших SiGe-технологий. Это связано с возможностью построения на их основе активных RC-фильтров гигагерцового диапазона для современных и перспективных систем связи. В значительной степени этому способствует простота установления статического режима ДУ при низковольтном питании (1,2÷2,1) В, которое характерно для SiGe-транзисторов с предельными частотами 20÷60 ГГц.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в статье [2], содержащий входной параллельно-балансный каскад 1, первый 2 и второй 3 токовые выходы которого связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 двухполюсниками нагрузки и базами первого 6 и второго 7 выходных транзисторов, выходной транзистор стабилизатора тока 8, коллектор которого соединен с общей эмиттерной цепью 9 входного параллельно-балансного каскада 1, а база связана с первым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода 10, первый 11 и второй 12 резисторы обратной связи, имеющие общий узел 13, подключенные к эмиттерам соответствующих первого 6 и второго 7 выходных транзисторов и первому 14 и второму 15 противофазным выходам двухтактного дифференциального усилителя.
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что при низковольтном питании он имеет небольшой диапазон изменения выходного напряжения.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона изменения выходного напряжения ДУ при низковольтном питании.
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной параллельно-балансный каскад 1, первый 2 и второй 3 токовые выходы которого связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 двухполюсниками нагрузки и базами первого 6 и второго 7 выходных транзисторов, выходной транзистор стабилизатора тока 8, коллектор которого соединен с общей эмиттерной цепью 9 входного параллельно-балансного каскада 1, а база связана с первым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода 10, первый 11 и второй 12 резисторы обратной связи, имеющие общий узел 13, подключенные к эмиттерам соответствующих первого 6 и второго 7 выходных транзисторов и первому 14 и второму 15 противофазным выходам двухтактного дифференциального усилителя, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 16 и второй 17 эмиттерные резисторы, а также первый 18 и второй 19 дополнительные двухполюсники, включенные последовательно между эмиттерами первого 6 и второго 7 выходных транзисторов и имеющие общий узел 20, соединенный с базой выходного транзистора стабилизатора тока 8, причем общий узел 13 первого 11 и второго 12 резисторов обратной связи соединен со вторым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода 10 и через второй 17 эмиттерный резистор связан с шиной источника питания 21, а эмиттер выходного транзистора стабилизатора тока 8 соединен с шиной источника питания 21 через первый эмиттерный резистор 16.
Схема заявляемого устройства, соответствующего п.1, п.2, п.3 формулы изобретения, показана на чертеже фиг.2.
На чертеже фиг.3 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.3 и п.5 формулы изобретения.
На чертеже фиг.4 показана схема ДУ-прототипа в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на чертеже фиг.5 - зависимость его выходного (дифференциального) напряжения от входного напряжения.
На чертеже фиг.6 показана схема заявляемого устройства в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на чертеже фиг.7 - зависимость его выходного (дифференциального) напряжения от входного напряжения. Сравнение чертежей фиг.5 и фиг.7 показывает, что заявляемый ДУ имеет на 0,6-0,7 В лучшую максимальную амплитуду выходного напряжения.
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной параллельно-балансный каскад 1, первый 2 и второй 3 токовые выходы которого связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 двухполюсниками нагрузки и базами первого 6 и второго 7 выходных транзисторов, выходной транзистор стабилизатора тока 8, коллектор которого соединен с общей эмиттерной цепью 9 входного параллельно-балансного каскада 1, а база связана с первым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода 10, первый 11 и второй 12 резисторы обратной связи, имеющие общий узел 13, подключенные к эмиттерам соответствующих первого 6 и второго 7 выходных транзисторов и первому 14 и второму 15 противофазным выходам двухтактного дифференциального усилителя. В схему введены первый 16 и второй 17 эмиттерные резисторы, а также первый 18 и второй 19 дополнительные двухполюсники, включенные последовательно между эмиттерами первого 6 и второго 7 выходных транзисторов и имеющие общий узел 20, соединенный с базой выходного транзистора стабилизатора тока 8, причем общий узел 13 первого 11 и второго 12 резисторов обратной связи соединен со вторым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода 10 и через второй 17 эмиттерный резистор связан с шиной источника питания 21, а эмиттер выходного транзистора стабилизатора тока 8 соединен с шиной источника питания 21 через первый эмиттерный резистор 16.
В дифференциальном усилителе, соответствующем п.2 формулы изобретения (фиг.2), общий узел 20 первого 18 и второго 19 дополнительных двухполюсников соединен с базой выходного транзистора стабилизатора тока 8 через согласующий двухполюсник 22.
В дифференциальном усилителе, соответствующем п.3 формулы изобретения (фиг.2), в качестве согласующего двухполюсника 22 используется резистор.
В дифференциальном усилителе, соответствующем п.4 формулы изобретения, в качестве согласующего двухполюсника 22 используется р-n переход.
В дифференциальном усилителе, соответствующем п.5 формулы изобретения (фиг.3), в качестве первого 18 и второго 19 дополнительных двухполюсников используются прямо смещенные р-n переходы, а их общий узел 20 связан со вспомогательным источником опорного тока 23.
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.
Статический режим по току предлагаемого ДУ устанавливается двухполюсниками 4 и 5, а также сравнительно низкоомными резисторами 16 и 17:
Сравнительно высокоомные резисторы 18, 19, 22 обеспечивают небольшой ток цепи смещения базы транзистора 8. При этом для увеличения диапазона изменения выходного напряжения усилителя рекомендуется выбирать U13=100÷200 мВ.
В схеме фиг.2 существенные нелинейные искажения сигнала не возникают, если статическое напряжение коллектор - база транзисторов 6 и 7 больше или равно статическим напряжениям на резисторах 11 и 12. Это позволяет составить следующую систему уравнений для потенциальных координат
Учитывая, что должно быть Uкб.6=U11 из (2) находим оптимальное значение напряжения U11:
Если U13=100 мВ, E1=Е2=1,5 В, то UR1≈1,1 В.
Таким образом, в предлагаемой схеме максимальная амплитуда дифференциального выходного сигнала составляет Um=2,2 B при 3 В питании.
В схеме усилителя-прототипа Um=1,6 В.
Если напряжение Е1=Е2=1,2 В, то выигрыш по Umax также составляет ΔUm=1,6-1B=0,6B.
Таким образом, заявляемый усилитель обеспечивает на 0,6 В большую амплитуду выходного напряжения. Это весьма существенно для низковольтных аналоговых микросхем.
Библиографический список
1. Budyakov, A. Design of Fully Differential Opamps for GHz Range Applications [Текст] / Budyakov A., Schmalz K., Prokopenko N., Scheytt C., Ostrovskyy P. // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники: сб. материалов VI Международного научно-практического семинара. В 3-х ч. Ч.1. Функциональные узлы аналоговых интегральных схем и сложных функциональных блоков / под ред. Н.Н.Прокопенко. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2007 - С.106-110.
2. S.P.Voinigescu, et al., "Design Methodology and Applications of SiGe BiCMOS Cascode Opamps with up to 37-GHz Unity Gain Bandwidth," IEEE CSICS, Techn. Digest, pp.283-286, Nov.2005, фиг.2.
3. S.P.Voinigescu, et al., "SiGe BiCMOS for Analog, High-Speed Digital and Millimetre-Wave Applications Beyond 50 GHz," IEEE BCTM, pp.1-8, Oct.2006.
4. Патент США №4.274.394, фиг.2.
5. Патент США №3.619.797.
6. Патент США №3.622.902.
7. Патент США №3.440.554.
8. А.св. СССР №299013.
9. Патент Англии №1.175.329, Н3Т.
10. Патент США №3.304.512.
11. Патент США №4.371.93.
12. А.св. СССР №421105.
13. А.св. СССР №764100.
14. А.св. СССР №669471.
Claims (5)
1. Дифференциальный усилитель с парафазным выходом, содержащий входной параллельно-балансный каскад (1), первый (2) и второй (3) токовые выходы которого связаны с соответствующими первым (4) и вторым (5) двухполюсниками нагрузки и базами первого (6) и второго (7) выходных транзисторов, выходной транзистор стабилизатора тока (8), коллектор которого соединен с общей эмиттерной цепью (9) входного параллельно-балансного каскада (1), а база связана с первым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода (10), первый (11) и второй (12) резисторы обратной связи, имеющие общий узел (13), подключенные к эмиттерам соответствующих первого (6) и второго (7) выходных транзисторов и первому (14) и второму (15) противофазным выходам двухтактного дифференциального усилителя, отличающийся тем, что в схему введены первый (16) и второй (17) эмиттерные резисторы, а также первый (18) и второй (19) дополнительные двухполюсники, включенные последовательно между эмиттерами первого (6) и второго (7) выходных транзисторов и имеющие общий узел (20), соединенный с базой выходного транзистора стабилизатора тока (8), причем общий узел (13) первого (11) и второго (12) резисторов обратной связи соединен со вторым выводом вспомогательного прямосмещенного р-n перехода (10) и через второй (17) эмиттерный резистор связан с шиной источника питания (21), а эмиттер выходного транзистора стабилизатора тока (8) соединен с шиной источника питания (21) через первый эмиттерный резистор (16).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что общий узел (20) первого (18) и второго (19) дополнительных двухполюсников соединен с базой выходного транзистора стабилизатора тока (8) через согласующий двухполюсник (22).
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве согласующего двухполюсника (22) используется резистор.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве согласующего двухполюсника (22) используется р-n переход.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве первого (18) и второго (19) дополнительных двухполюсников используются прямо смещенные р-n переходы, а их общий узел (20) связан со вспомогательным источником опорного тока (3).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007145339/09A RU2346382C1 (ru) | 2007-12-06 | 2007-12-06 | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007145339/09A RU2346382C1 (ru) | 2007-12-06 | 2007-12-06 | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2346382C1 true RU2346382C1 (ru) | 2009-02-10 |
Family
ID=40546877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007145339/09A RU2346382C1 (ru) | 2007-12-06 | 2007-12-06 | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2346382C1 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446556C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
| RU2449464C1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
| RU2468504C1 (ru) * | 2011-08-12 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Комплементарный дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
| RU2504896C1 (ru) * | 2012-08-14 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя |
| RU2513482C1 (ru) * | 2012-12-14 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
| RU2621291C1 (ru) * | 2016-04-08 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный инструментальный усилитель с парафазным выходом |
-
2007
- 2007-12-06 RU RU2007145339/09A patent/RU2346382C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446556C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
| RU2449464C1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
| RU2468504C1 (ru) * | 2011-08-12 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Комплементарный дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
| RU2504896C1 (ru) * | 2012-08-14 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя |
| RU2513482C1 (ru) * | 2012-12-14 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
| RU2621291C1 (ru) * | 2016-04-08 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный инструментальный усилитель с парафазным выходом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2346382C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2364020C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу | |
| RU2421887C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2413355C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2416146C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
| RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
| RU2419193C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2615068C1 (ru) | Биполярно-полевой дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2595927C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| RU2321159C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2419196C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
| RU2452077C1 (ru) | Операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2321158C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2435293C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2446556C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2481698C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2459348C1 (ru) | Операционный усилитель с цепью коррекции коэффициента усиления | |
| RU2374757C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2444114C1 (ru) | Операционный усилитель с низкоомной нагрузкой | |
| RU2613842C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2394360C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенным входным сопротивлением | |
| RU2436226C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2449466C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2813281C1 (ru) | Арсенид-галлиевый операционный усилитель на p-n-p биполярных и полевых транзисторах с управляющим p-n переходом |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121207 |