RU2368064C1 - Прецизионный операционный усилитель - Google Patents
Прецизионный операционный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368064C1 RU2368064C1 RU2008104193/09A RU2008104193A RU2368064C1 RU 2368064 C1 RU2368064 C1 RU 2368064C1 RU 2008104193/09 A RU2008104193/09 A RU 2008104193/09A RU 2008104193 A RU2008104193 A RU 2008104193A RU 2368064 C1 RU2368064 C1 RU 2368064C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- collector
- output
- auxiliary
- base
- 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 с малыми значениями эдс смещения нуля (ОУ)). Технический результат - уменьшение напряжения смещения нуля. Прецизионный операционный усилитель содержит входной преобразователь «напряжение-ток» (1), противофазные токовые выходы (2 и 3) которого соединены с эмиттерами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов, базы которых подключены к цепи установления статического режима (6), третий выходной транзистор (7), коллектор которого соединен с коллектором второго выходного транзистора (5) и входом выходного буферного усилителя (8), эмиттер соединен с коллектором первого вспомогательного транзистора (9), а база подключена к базе второго (10) вспомогательного транзистора и коллектору первого (4) выходного транзистора, третий вспомогательный транзистор (11), база которого связана с базой первого вспомогательного транзистора (9) и эмиттером второго (10) вспомогательного транзистора. Коллектор второго (10) вспомогательного транзистора соединен с эмиттером второго (5) выходного транзистора, а коллектор третьего вспомогательного транзистора (11) соединен с коллектором первого (4) выходного транзистора. 1 з.п. ф-лы, 10 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 эдс смещения нуля (ОУ)).
Известны схемы прецизионных операционных усилителей (ДУ) на основе так называемых «перегнутых» каскадов [1-35], которые стали основой более чем 20 серийных операционных усилителей, выпускаемых как зарубежными (HA2520, HA5190, AD797, AD8631, AD8632, OP90 и др.), так и российскими (154УД3 и др.) микроэлектронными фирмами. 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 операционный усилитель, описанный в патенте фирмы Canon в США №6.144.234, содержащий входной преобразователь «напряжение-ток» 1, противофазные токовые выходы которого 2 и 3 соединены с эмиттерами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, базы которых подключены к цепи установления статического режима 6, третий выходной транзистор 7, коллектор которого соединен с коллектором второго выходного транзистора 5 и входом выходного буферного усилителя 8, эмиттер соединен с коллектором первого вспомогательного транзистора 9, а база подключена к базе второго 10 вспомогательного транзистора и коллектору первого 4 выходного транзистора, третий вспомогательный транзистор 11, база которого связана с базой первого вспомогательного транзистора 9 и эмиттером второго 10 вспомогательного транзистора.
Существенный недостаток известного операционного 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 усиления по напряжению.
Поставленная цель достигается тем, что в известном ОУ, содержащем входной преобразователь «напряжение-ток» 1, противофазные токовые выходы которого 2 и 3 соединены с эмиттерами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, базы которых подключены к цепи установления статического режима 6, третий выходной транзистор 7, коллектор которого соединен с коллектором второго выходного транзистора 5 и входом выходного буферного усилителя 8, эмиттер соединен с коллектором первого вспомогательного транзистора 9, а база подключена к базе второго 10 вспомогательного транзистора и коллектору первого 4 выходного транзистора, третий вспомогательный транзистор 11, база которого связана с базой первого вспомогательного транзистора 9 и эмиттером второго 10 вспомогательного транзистора, предусмотрены новые связи - коллектор второго 10 вспомогательного транзистора соединен с эмиттером второго 5 выходного транзистора, а коллектор третьего вспомогательного транзистора 11 соединен с коллектором первого 4 выходного транзистора.
На фиг.1 показана схема ОУ-прототипа.
На фиг.2 представлена обобщенная схема заявляемого ОУ. Частный вариант построения вспомогательного транзистора 11 показан на фиг.3.
На фиг.4 представлен вариант построения ОУ, соответствующий фиг.2, в котором преобразователь «напряжение-ток» 1 реализован на основе «перегнутого» параллельно-балансного каскада.
На фиг.5 представлен другой вариант построения ОУ, соответствующий фиг.2, в котором преобразователь «напряжение-ток» 1 реализован на основе классического параллельно-балансного каскада.
На фиг.6 представлен другой вариант построения ОУ, соответствующий фиг.2, в котором преобразователь «напряжение-ток» 1 реализован на основе комплементарного дифференциального каскада на n-p-n и p-n-p транзисторах.
На фиг.7 представлена схема ОУ-прототипа в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар». Здесь напряжение смещения нуля - 1,8 мВ.
На фиг.8 представлена схема заявляемого ОУ в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар». Здесь Uсм=0,2 мВ.
На фиг.9 показаны амплитудно-частотные характеристики коэффициента усиления разомкнутых ОУ фиг.7 и фиг.8.
На фиг.10 для сравнения и оценки эффективности предлагаемого технического решения показана схема одной из распространенных модификаций ОУ, в котором напряжение смещения нуля 6,2 мВ.
Прецизионный операционный усилитель содержит входной преобразователь «напряжение-ток» 1, противофазные токовые выходы которого 2 и 3 соединены с эмиттерами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, базы которых подключены к цепи установления статического режима 6, третий выходной транзистор 7, коллектор которого соединен с коллектором второго выходного транзистора 5 и входом выходного буферного усилителя 8, эмиттер соединен с коллектором первого вспомогательного транзистора 9, а база подключена к базе второго 10 вспомогательного транзистора и коллектору первого 4 выходного транзистора, третий вспомогательный транзистор 11, база которого связана с базой первого вспомогательного транзистора 9 и эмиттером второго 10 вспомогательного транзистора. Коллектор второго 10 вспомогательного транзистора соединен с эмиттером второго 5 выходного транзистора, а коллектор третьего вспомогательного транзистора 11 соединен с коллектором первого 4 выходного транзистора.
На фиг.3, соответствующем п.2 формулы изобретения, в качестве третьего 11 вспомогательного транзистора используется составной транзистор, содержащий основной биполярный транзистор 12, в коллекторную цепь которого включен прямосмещенный дополнительный p-n переход 13.
Рассмотрим работу заявляемого устройства (фиг.2).
В статическом режиме (uвх=0) нулевое значение напряжения смещения нуля ОУ обеспечивается в том случае, если коллекторные токи транзисторов 5 и 7 равны друг другу (при нулевом входном токе буферного усилителя 2). Если статические значения Iк5≠Iк7, то это вызывает необходимость подачи между входами Вх.1 и Вх.2 напряжения Uсм, которое приведет к равенству Iк5=Iк7 за счет изменения токов 12 и 13.
Взаимосвязь Iк5 и Iк7 можно установить с учетом следующих токовых соотношений в схеме фиг.2, вытекающих из первого закона Кирхгофа:
Iк4=α4I2; Iк5=(I3-Iк10)α5;
Iк11=Iк4-Iб-I* б=Iэ11-Iб;
Iэ11=Iк4-I* б;
Iэ9=Iэ11=IК4-I* б;
Iк9=Iэ9-Iб=Iк4-Iб-I* б=Iэ7;
Iк7=Iэ7-Iб=Iк4-2Iб-I* б;
Iэ10=2Iб; Iк10=2Iб-I* б;
Iк5=α5I3-α52Iб+α5I* б;
Iк7=α4I2-2Iб+I* б;
где α4, α5≈1 - коэффициенты усиления по току эмиттера;
I* б - ток базы транзистора 10.
Из двух последних формул следует, что разность токов
ΔI=Iк5-Iк7=I(α5-α4)+2Iб(1-α5)+2I* б,
где I=I2=I3.
Так как α5=α4, то
где β10>>1 - коэффициент передачи по току базы транзистора 10.
Разность токов ΔI приводится ко входу ОУ через эквивалентную крутизну для дифференциального сигнала:
То есть напряжение смещения нуля ОУ фиг.2
Можно показать, что в схеме ОУ-прототипа, фиг.1,
Таким образом, при равенстве крутизн 
в предлагаемом устройстве напряжение смещения нуля уменьшается по сравнению с прототипом в Nc paз, где
или
Если положить, что β=β5=β10, то выигрыш по величине Uсм
Nc=β>>1.
Данные теоретические выводы подтверждаются результатами моделирования схем фиг.7, 8 и 10.
Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества по статической точности в сравнении с ОУ-прототипом.
Источники информации
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 №6.218.900, фиг.1.
3. Патентная заявка US 2002/0196079.
4. Патент США №6.788.143.
5. Патент США №3.644.838, фиг.2.
6. Патент США Re 30.587.
7. Патент EP 1.227.580.
8. Патент США №6.714.076.
9. Патент США №5.786.729.
10. Патент США №5.327.100.
11. Патентная заявка US 2004/0090268 А1.
12. Патент США №4.274.061.
13. Патент США №5.422.600, фиг.2.
14. Патент США №6.788.143, фиг.2.
15. Патент США №4.959.622, фиг.1.
16. Патент США №4.406.990, фиг.4.
17. Патент США №5.418.491.
18. Патент США №6.018.268.
19. Патент США №5.952.882.
20. Патент США №4.723.111.
21. Патент США №4.293.824.
22. Патент США №6.580.325.
23. Патент США №6.965.266.
24. Патент США №6.867.643.
25. Патент США №6.236.270.
26. Патент США №5.323.121.
27. Патент США №6.229.394.
28. Патент США №5.734.296.
29. Патент США №5.477.190.
30. Патент США №5.091.701.
31. Патент США №6.717.474.
32. Патент США №6.084.475.
33. Патент США №3.733.559.
34. Патентная заявка US 2005/0001682 А1.
35. Патент США №6.300.831.
Claims (2)
1. Прецизионный операционный усилитель, содержащий входной преобразователь «напряжение-ток» (1), противофазные токовые выходы (2) и (3) которого соединены с эмиттерами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов, базы которых подключены к цепи установления статического режима (6), третий выходной транзистор (7), коллектор которого соединен с коллектором второго выходного транзистора (5) и входом выходного буферного усилителя (8), эмиттер соединен с коллектором первого вспомогательного транзистора (9), а база подключена к базе второго (10) вспомогательного транзистора и коллектору первого (4) выходного транзистора, третий вспомогательный транзистор (11), база которого связана с базой первого вспомогательного транзистора (9) и эмиттером второго (10) вспомогательного транзистора, отличающийся тем, что коллектор второго (10) вспомогательного транзистора соединен с эмиттером второго (5) выходного транзистора, а коллектор третьего вспомогательного транзистора (11) соединен с коллектором первого (4) выходного транзистора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве третьего (11) вспомогательного транзистора используется составной транзистор, содержащий основной биполярный транзистор (12), в коллекторную цепь которого включен прямосмещенный дополнительный p-n переход (13).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008104193/09A RU2368064C1 (ru) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Прецизионный операционный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008104193/09A RU2368064C1 (ru) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Прецизионный операционный усилитель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2368064C1 true RU2368064C1 (ru) | 2009-09-20 |
Family
ID=41168115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008104193/09A RU2368064C1 (ru) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Прецизионный операционный усилитель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2368064C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450424C1 (ru) * | 2011-03-17 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Прецизионный операционный усилитель |
| RU2592429C1 (ru) * | 2015-07-01 | 2016-07-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода |
-
2008
- 2008-02-04 RU RU2008104193/09A patent/RU2368064C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450424C1 (ru) * | 2011-03-17 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Прецизионный операционный усилитель |
| RU2592429C1 (ru) * | 2015-07-01 | 2016-07-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2368064C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2416155C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2374756C1 (ru) | Мультидифференциальный усилитель | |
| RU2307456C1 (ru) | Выходной каскад быстродействующего операционного усилителя | |
| RU2368066C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2393629C1 (ru) | Комплементарный каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2416149C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2365029C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2412530C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2474952C1 (ru) | Операционный усилитель | |
| RU2433523C1 (ru) | Прецизионный дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2414808C1 (ru) | Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2390912C2 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2321158C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2416150C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2390921C1 (ru) | Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2444119C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2449465C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2419198C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2412528C1 (ru) | Каскодный дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2309531C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения синфазного сигнала | |
| RU2411643C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2412540C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130205 |