RU2354041C1 - Каскодный дифференциальный усилитель - Google Patents
Каскодный дифференциальный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354041C1 RU2354041C1 RU2008108873/09A RU2008108873A RU2354041C1 RU 2354041 C1 RU2354041 C1 RU 2354041C1 RU 2008108873/09 A RU2008108873/09 A RU 2008108873/09A RU 2008108873 A RU2008108873 A RU 2008108873A RU 2354041 C1 RU2354041 C1 RU 2354041C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- output
- outlet
- emitter
- auxiliary
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/45—Differential amplifiers
- H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
- H03F3/4508—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using bipolar transistors as the active amplifying circuit
- H03F3/45085—Long tailed pairs
- H03F3/45089—Non-folded cascode stages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- 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 с малыми значениями напряжения смещения нуля (ОУ)). Технический результат - уменьшение напряжения смещения нуля. Каскодный дифференциальный усилитель содержит входной параллельно-балансный каскад (1), токовые выходы которого (2) и (3) соединены с эмиттерами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов и через токостабилизирующие резисторы (6) и (7) связаны с шиной источника питания (8), первый (9) источник опорного тока, связанный с коллекторами первого (4) выходного транзистора и базой вспомогательного транзистора (10), эмиттер которого соединен с базами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов и первым выводом вспомогательного двухполюсника (11), второй (12) источник опорного тока, подключенный к коллектору второго (5) выходного транзистора и базе входного транзистора (13) выходного эмиттерного повторителя. Второй вывод вспомогательного двухполюсника (11) соединен со входом (14) дополнительного токового зеркала (15), выход которого (16) подключен к эмиттеру входного транзистора (13) выходного эмиттерного повторителя. 5 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 с малыми значениями напряжения смещения нуля (ОУ)).
Известны схемы прецизионных дифференциальных операционных усилителей (ОУ) на основе так называемых «перегнутых» каскодов [1-35], которые стали основой более чем 20 серийных операционных усилителей (НА2520, НА5190, AD797, AD8631, AD8632, ОР90 и др.). В связи с высокой популярностью такой архитектуры ДУ на их модификации выдано более 50 патентов. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является ДУ, описанный в патенте фирмы Canon в США №5420540 (фиг.1), содержащий входной параллельно-балансный каскад 1, токовые выходы которого 2 и 3 соединены с эмиттерами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов и через токостабилизирующие резисторы 6 и 7 связаны с шиной источника питания 8, первый 9 источник опорного тока, связанный с коллекторами первого 4 выходного транзистора и базой вспомогательного транзистора 10, эмиттер которого соединен с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов и первым выводом вспомогательного двухполюсника 11, второй 12 источник опорного тока, подключенный к коллектору второго 5 выходного транзистора и базе входного транзистора 13 выходного эмиттерного повторителя.
Существенный недостаток известного каскодного дифференциального усилителя состоит в том, что он характеризуется сравнительно большим напряжением смещения нуля (Uсм).
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в уменьшении напряжения смещения нуля. Дополнительная цель - создание условий для повышения коэффициента ослабления помехи по питанию.
Поставленная цель достигается тем, что в известном ДУ, содержащем входной параллельно-балансный каскад 1, токовые выходы которого 2 и 3 соединены с эмиттерами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов и через токостабилизирующие резисторы 6 и 7 связаны с шиной источника питания 8, первый 9 источник опорного тока, связанный с коллекторами первого 4 выходного транзистора и базой вспомогательного транзистора 10, эмиттер которого соединен с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов и первым выводом вспомогательного двухполюсника 11, второй 12 источник опорного тока, подключенный к коллектору второго 5 выходного транзистора и базе входного транзистора 13 выходного эмиттерного повторителя, предусмотрены новые связи - второй вывод вспомогательного двухполюсника 11 соединен со входом 14 дополнительного токового зеркала 15, выход которого 16 подключен к эмиттеру входного транзистора 13 выходного эмиттерного повторителя.
На фиг.1 показана схема каскодного дифференциального усилителя-прототипа.
На фиг.2 представлена обобщенная схема заявляемого ДУ.
Частный вариант построения дополнительного токового зеркала 15 показан на фиг.3.
На фиг.4 представлен вариант построения ДУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», соответствующий архитектуре фиг.2 (но на менее качественных р-n-р транзисторах), для случая, когда дополнительное токовое зеркало 15 имеет идеальные параметры (его коэффициент усиления тока Кi=1). Здесь (без учета параметров элементов) Uсм=54 мкВ.
На фиг.5 представлен другой вариант построения ДУ, в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар»,соответствующий фиг.2, для случая, когда дополнительное токовое зеркало 15 имеет реальное построение, соответствующее фиг.3. Здесь Uсм=93 мкВ.
Каскодный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной параллельно-балансный каскад 1, токовые выходы которого 2 и 3 соединены с эмиттерами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов и через токостабилизирующие резисторы 6 и 7 связаны с шиной источника питания 8, первый 9 источник опорного тока, связанный с коллекторами первого 4 выходного транзистора и базой вспомогательного транзистора 10, эмиттер которого соединен с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов и первым выводом вспомогательного двухполюсника 11, второй 12 источник опорного тока, подключенный к коллектору второго 5 выходного транзистора и базе входного транзистора 13 выходного эмиттерного повторителя. Второй вывод вспомогательного двухполюсника 11 соединен со входом 14 дополнительного токового зеркала 15, выход которого 16 подключен к эмиттеру входного транзистора 13 выходного эмиттерного повторителя.
Рассмотрим работу заявляемого устройства (фиг.2).
Статический режим по току транзисторов 4 и 5 КДУ фиг.2 определяется двухполюсником 9. Для цепи базы транзистора 10 справедливо следующее уравнение Кирхгофа:
где IK4 - ток коллектора транзистора 4;
Iб10 - ток базы транзистора 10.
Поэтому эмиттерный ток транзистора 4
где Iб4 - ток базы транзистора 4.
При идентичных резисторах 6 и 7 и одинаковых токах выходов 2 и 3 эмиттерный ток транзистора 5 будет равен эмиттерному току транзистора 4
Поэтому ток коллектора транзистора
Для цепи базы транзистора 13
Из последнего уравнения следует, что при I9=I12 условием взаимной компенсации токов в цепи базы транзистора 13 и, как следствие, малых напряжений Uсм будет равенство
Так как эмиттерные токи транзисторов 10 и 13 одинаковы благодаря дополнительному токовому зеркалу 15, то условие (6) в заявляемой схеме выполняется в широком диапазоне изменений токов I9=I12, а также токов I3 и I2, вызванных влиянием нестабильности питания и температуры.
Как следствие предлагаемая схема КДУ имеет более низкие значения Uсм.
Данные теоретические выводы подтверждаются результатами моделирования схем фиг.4 и 5. Численные значения систематической составляющей Uсм (без учета разброса параметров элементов) лежат для этих схем в диапазоне 60÷100 мкВ. В то же время в КДУ-прототипе Uсм изменяется единицами милливольт.
Таким образом, заявляемое устройство имеет существенное преимущество в сравнении с ДУ-прототипом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. - М.: Радио и связь, 1989. - с.74, рис.4.15, стр.98, рис.6.7.
2. Патент США №6218900, фиг.1.
3. Патентная заявка US 2002/0196079.
4. Патент США №6788143.
5. Патент США №3644838, фиг.2.
6. Патент США Re 30.587.
7. Патент ЕР 1227580.
8. Патент США №6714076.
9. Патент США №5786729.
10. Патент США №5327100.
11. Патентная заявка US 2004/0090268 A1.
12. Патент США №4274061.
13. Патент США №5422600, фиг.2.
14. Патент США №6788143, фиг.2.
15. Патент США №4959622, фиг.1.
16. Патент США №4406990, фиг.4.
17. Патент США №5418491.
18. Патент США №6018268.
19. Патент США №5952882.
20. Патент США №4723111.
21. Патент США №4293824.
22. Патент США №6580325.
23. Патент США №6965266.
24. Патент США №6867643.
25. Патент США №6236270.
26. Патент США №5323121.
27. Патент США №6229394.
28. Патент США №5734296.
29. Патент США №5477190.
30. Патент США №5091701.
31. Патент США №6717474.
32. Патент США №6084475.
33. Патент США №3733559.
34. Патентная заявка US 2005/0001682 А1.
35. Патент США №6300831.
Claims (1)
- Каскодный дифференциальный усилитель, содержащий входной параллельно-балансный каскад (1), токовые выходы которого (2) и (3) соединены с эмиттерами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов и через токостабилизирующие резисторы (6) и (7) связаны с шиной источника питания (8), первый (9) источник опорного тока, связанный с коллекторами первого (4) выходного транзистора и базой вспомогательного транзистора (10), эмиттер которого соединен с базами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов и первым выводом вспомогательного двухполюсника (11), второй (12) источник опорного тока, подключенный к коллектору второго (5) выходного транзистора и базе входного транзистора (13) выходного эмиттерного повторителя, отличающийся тем, что второй вывод вспомогательного двухполюсника (11) соединен со входом (14) дополнительного токового зеркала (15), выход которого (16) подключен к эмиттеру входного транзистора (13) выходного эмиттерного повторителя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108873/09A RU2354041C1 (ru) | 2008-03-06 | 2008-03-06 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108873/09A RU2354041C1 (ru) | 2008-03-06 | 2008-03-06 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2354041C1 true RU2354041C1 (ru) | 2009-04-27 |
Family
ID=41019161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008108873/09A RU2354041C1 (ru) | 2008-03-06 | 2008-03-06 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2354041C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455758C1 (ru) * | 2011-04-01 | 2012-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель |
RU2595923C1 (ru) * | 2015-07-02 | 2016-08-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Быстродействующий операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода |
RU2668968C1 (ru) * | 2017-11-09 | 2018-10-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Быстродействующий дифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах |
RU2677364C1 (ru) * | 2018-03-05 | 2019-01-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя |
-
2008
- 2008-03-06 RU RU2008108873/09A patent/RU2354041C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455758C1 (ru) * | 2011-04-01 | 2012-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель |
RU2595923C1 (ru) * | 2015-07-02 | 2016-08-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Быстродействующий операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода |
RU2668968C1 (ru) * | 2017-11-09 | 2018-10-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Быстродействующий дифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах |
RU2677364C1 (ru) * | 2018-03-05 | 2019-01-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2354041C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2412535C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2333593C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы | |
RU2416155C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2365029C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2349023C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2433523C1 (ru) | Прецизионный дифференциальный операционный усилитель | |
RU2321158C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2416149C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2368064C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2412530C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
RU2331972C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
RU2390911C2 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2368063C1 (ru) | Активная нагрузка дифференциальных усилителей | |
RU2426221C1 (ru) | Каскодный дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля и повышенным коэффициентом усиления | |
RU2374758C1 (ru) | Комплементарный каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2374757C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2416150C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2421894C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2402150C1 (ru) | Токовое зеркало с цепью нагрузки в виде каскада на транзисторе с общим эмиттером | |
RU2412537C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2331968C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала | |
Naresh sagar et al. | Low-Power High-Gain Op-Amp With Cascoded Current Mirror Loads |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130307 |