RU2368066C1 - Каскодный дифференциальный усилитель - Google Patents
Каскодный дифференциальный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368066C1 RU2368066C1 RU2008103997/09A RU2008103997A RU2368066C1 RU 2368066 C1 RU2368066 C1 RU 2368066C1 RU 2008103997/09 A RU2008103997/09 A RU 2008103997/09A RU 2008103997 A RU2008103997 A RU 2008103997A RU 2368066 C1 RU2368066 C1 RU 2368066C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- collector
- output
- input
- transistors
- 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)). Технический результат - уменьшение значений э.д.с. смещения нуля и повышение коэффициента усиления по напряжению. Каскодный дифференциальный усилитель (КДУ) содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых являются токовыми входами (3 и 4) КДУ, первый (5) и второй (6) выходные транзисторы с объединенными базами, эмиттеры которых связаны с шиной (7) источника питания, коллектор первого выходного транзистора (5) соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, коллектор второго выходного транзистора (6) соединен с коллектором второго (2) входного транзистора, вспомогательный транзистор (8). В схему введен неинвертирующий усилитель (9), выход (10) которого связан с объединенными базами первого (5) и второго (6) выходных транзисторов, вход (11) подключен к коллектору вспомогательного транзистора (8), коллектор первого выходного транзистора (5) соединен с эмиттером вспомогательного транзистора (8), база которого подключена к коллектору второго (6) выходного транзистора. 3 з.п. ф-лы, 14 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 э.д.с. смещения нуля (ОУ) и повышенным коэффициентом усиления по напряжению).
Известны схемы так называемых «перегнутых» каскодных дифференциальных усилителей (ДУ) на n-p-n и p-n-p транзисторах [1-45], 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 (фиг.1) заявляемого устройства является каскодный дифференциальный усилитель (КДУ), описанный в патенте фирмы Analog Devices (США) №6.483.382, фиг.1, содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых являются токовыми входами дифференциального усилителя 3 и 4, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы с объединенными базами, эмиттеры которых связаны с шиной 7 источника питания, коллектор первого выходного транзистора 5 соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, коллектор второго выходного транзистора 6 соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, причем в схеме имеется вспомогательный транзистор 8.
Существенный недостаток известного КДУ (фиг.1) состоит в том, что он имеет сравнительно большое напряжение смещения нуля (Uсм) (единицы милливольт), а также невысокий коэффициент усиления по напряжению (Ку). Это отрицательно сказывается на параметрах аналоговых устройств на его основе, например операционных усилителей.
Основная цель предполагаемого изобретения состоит в уменьшении Uсм и повышении Ку.
Поставленная цель достигается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе, фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых являются токовыми входами дифференциального усилителя 3 и 4, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы с объединенными базами, эмиттеры которых связаны с шиной 7 источника питания, коллектор первого выходного транзистора 5 соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, коллектор второго выходного транзистора 6 соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, вспомогательный транзистор 8, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен неинвертирующий усилитель 9, выход которого 10 связан с объединенными базами первого 5 и второго 6 выходных транзисторов, вход 11 подключен к коллектору вспомогательного транзистора 8, коллектор первого выходного транзистора 5 соединен с эмиттером вспомогательного транзистора 8, база которого подключена к коллектору второго 6 выходного транзистора.
Схема усилителя-прототипа представлена на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1, п.3 формулы изобретения. На фиг.3 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.2 и п.3 формулы изобретения. На фиг.4 изображен вариант построения неинвертирующего усилителя 9, соответствующего п.3 формулы изобретения.
На фиг.5 изображен вариант построения буферного усилителя 12. На фиг.6 показана схема фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.7 - результаты расчета ее амплитудно-частотной характеристики Ку.
На фиг.8 изображен заявляемый КДУ фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice для случая, когда буферный усилитель выполнен по схеме фиг.5, а на фиг.9 - результаты расчета его амплитудно-частотной характеристики Ку.
На фиг.10 изображен заявляемый КДУ фиг.3 (п.4 формулы изобретения) в среде компьютерного моделирования PSpice, а на фиг.11 - результаты расчета его амплитудно-частотной характеристики Ку.
На фиг.12 представлена схема заявляемого КДУ фиг.3, соответствующая п.2 формулы изобретения для случая, когда буферный усилитель 12 выполнен в соответствии с фиг.5, а неинвертирующий усилитель тока 9 реализован по другой схеме. На фиг.13 - результаты расчета амплитудно-частотной характеристики КДУ фиг.12.
Фиг.14 иллюстрирует другой частный вариант построения буферного усилителя 12 с использованием транзистора 18 в структуре классического комплементарного выходного каскада операционного усилителя на транзисторах 18-21 и двухполюсниках 22, 19.
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых являются токовыми входами дифференциального усилителя 3 и 4, первый 5 и второй 6 выходные транзисторы с объединенными базами, эмиттеры которых связаны с шиной 7 источника питания, коллектор первого выходного транзистора 5 соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, коллектор второго выходного транзистора 6 соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, вспомогательный транзистор 8. В схему введен неинвертирующий усилитель 9, выход которого 10 связан с объединенными базами первого 5 и второго 6 выходных транзисторов, вход 11 подключен к коллектору вспомогательного транзистора 8, коллектор первого выходного транзистора 5 соединен с эмиттером вспомогательного транзистора 8, база которого подключена к коллектору второго 6 выходного транзистора.
На фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения коллектор первого выходного транзистора 5 соединен с эмиттером вспомогательного транзистора 8 через буферный усилитель 12. В частном случае в эмиттерную цепь транзисторов 1 и 2 могут быть включены резисторы 13, 14. В ряде случаев на входы 3 и 4 может подаваться потенциальный сигнал, например, от входных эмиттерных повторителей.
Кроме этого на фиг.3, а также фиг.4 в соответствии с п.3 формулы изобретения неинвертирующий усилитель 9 выполнен на основе дополнительного транзистора 15 с включением по схеме с общей базой и двухполюснике 16, причем эмиттер дополнительного транзистора 15 является входом 11 неинвертирующего усилителя тока 9, а его коллектор - выходом 10 неинвертирующего усилителя 9.
На фиг.5 в соответствии с п.4 формулы изобретения буферный усилитель 12 реализован в виде эмиттерного повторителя, содержащего входной транзистор 18 и токостабилизирующий двухполюсник 19.
Рассмотрим работу заявляемого каскодного дифференциального усилителя на примере анализа схемы фиг.3. При этом будем считать, что на входы 3 и 4 КДУ подаются токовые сигналы, например, от классического параллельно-балансного каскада (фиг.6.).
Условие получения близкого к нулю напряжения смещения нуля операционных усилителей на базе КДУ фиг.3 является равенство токов коллектора транзистора 2 и транзистора 6: Iк2= Iк6, то есть выполнение условия
где Iк1 - коллекторный ток транзистора 1.
Если обозначить входной ток буферного усилителя 12 через I12, а ток базы всех n-p-n транзисторов как Iб, то в соответствии с основными токовыми соотношениями в транзисторе в элементах схемы фиг.3 установятся токи, показанные на фиг.3.
Поэтому для обеспечения равенства
необходимо, чтобы
Последнее условие легко реализуется за счет построения буферного усилителя 12 на базе эмиттерного повторителя фиг.5. В результате Uсм, обусловленное структурными ошибками усиления сигналов, существенно уменьшается. Данный вывод подтверждается данными компьютерного моделирования (фиг.8, фиг.10) - здесь систематическая составляющая напряжения смещения нуля измеряется микровольтами (12 мкВ, 22 мкВ).
Повышение Ку на один-два порядка реализуется в схеме фиг.3 за счет взаимной компенсации влияния на Ку сравнительно больших выходных проводимостей транзисторов 5 и 6, которые зависят от их напряжения Эрли (Uэ) и статических токов коллектора:
В результате эквивалентное сопротивление нагрузки в КДУ фиг.3 повышается на один-два порядка, что во столько же раз повышает коэффициент Ку (в сравнении с КДУ-прототипом, фиг.1).
Представленные на чертежах фиг.7, фиг.9, фиг.11, фиг.13 результаты компьютерного моделирования подтверждают преимущества заявляемых схем - в отличие от прототипа новая схема обеспечивает на порядок более высокое усиление и малое напряжение смещения нуля. Это создает условия для улучшения многих параметров аналоговых микросхем на ее основе.
Источники информации
1. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов / Анисимов В.И., Капитонов М.В., Прокопенко Н.Н., Соколов Ю.М. Л., 1979, 148 с.
2. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. М.: Радио и связь, 1989, с.74, рис.4.15, стр.98, рис.6.7.
3. Патент США №6.218.900, фиг.1.
4. Патентная заявка US 2002/0196079.
5. Патент США №6.788.143.
6. Патент США №3.644.838, фиг.2.
7. Патент США Re 30.587.
8. Патент ЕР 1.227.580.
9. Патент США №6.714.076.
10. Патент США №5.786.729.
11. Патент США №5.327.100.
12. Патентная заявка US 2004/0090268 A1.
13. Патент США №4.274.061.
14. Патент США №5.422.600, фиг.2.
15. Патент США №6.788.143, фиг.2.
16. Патент США №4.959.622, фиг.1.
17. Патент США №4.406.990, фиг.4.
18. Патент США №5.418.491.
19. Патент США №6.018.268.
20. Патент США №5.952.882.
21. Патент США №4.723.111.
22. Патент США №4.293.824.
23. Патент США №6.580.325.
24. Патент США №6.965.266.
25. Патент США №6.867.643.
26. Патент США №6.236.270.
27. Патент США №5.323.121.
28. Патент США №6.229.394.
29. Патент США №5.734.296.
30. Патент США №5.477.190.
31. Патент США №5.091.701.
32. Патент США №6.717.474.
33. Патент США №6.084.475.
34. Патент США №3.733.559.
35. Патентная заявка US 2005/0001682 A1.
36. Патент США №6.300.831.
37. Патент США №4.600.893.
38. Патентная заявка US 2001/0026193.
39. Патент США №6.529.076.
40. Патент США №6.448.853.
41. Патент США №6.362.686.
42. Патент США №6.501.333.
43. Патент США №6.710.654.
44. Патент США №6.537.919.
45. Патентная заявка US 2003/0090321.
Claims (4)
1. Каскодный дифференциальный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых являются токовыми входами (3) и (4) дифференциального усилителя, первый (5) и второй (6) выходные транзисторы с объединенными базами, эмиттеры которых связаны с шиной (7) источника питания, коллектор первого выходного транзистора (5) соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, коллектор второго выходного транзистора (6) соединен с коллектором второго (2) входного транзистора, вспомогательный транзистор (8), отличающийся тем, что в схему введен неинвертирующий усилитель (9), выход которого (10) связан с объединенными базами первого (5) и второго (6) выходных транзисторов, вход (11) подключен к коллектору вспомогательного транзистора (8), коллектор первого выходного транзистора (5) соединен с эмиттером вспомогательного транзистора (8), база которого подключена к коллектору второго (6) выходного транзистора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коллектор первого выходного транзистора (5) соединен с эмиттером вспомогательного транзистора (8) через буферный усилитель (12).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неинвертирующий усилитель (9) выполнен на основе дополнительного транзистора (15) с включением по схеме с общей базой и двухполюснике (16), причем эмиттер дополнительного транзистора (15) является входом (11) неинвертирующего усилителя тока (9), а его коллектор - выходом (10) неинвертирующего усилителя (9).
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что буферный усилитель (12) реализован в виде эмиттерного повторителя, содержащего входной транзистор (18) и токостабилизирующий двухполюсник (19).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008103997/09A RU2368066C1 (ru) | 2008-02-01 | 2008-02-01 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008103997/09A RU2368066C1 (ru) | 2008-02-01 | 2008-02-01 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008103997A RU2008103997A (ru) | 2009-08-10 |
| RU2368066C1 true RU2368066C1 (ru) | 2009-09-20 |
Family
ID=41049106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008103997/09A RU2368066C1 (ru) | 2008-02-01 | 2008-02-01 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2368066C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488955C1 (ru) * | 2012-07-27 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель на основе неинвертирующего усилителя тока |
| RU2572376C1 (ru) * | 2014-11-06 | 2016-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот |
| RU2673003C1 (ru) * | 2018-03-05 | 2018-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Буферный усилитель с дифференцирующей цепью коррекции переходного процесса |
-
2008
- 2008-02-01 RU RU2008103997/09A patent/RU2368066C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488955C1 (ru) * | 2012-07-27 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Избирательный усилитель на основе неинвертирующего усилителя тока |
| RU2572376C1 (ru) * | 2014-11-06 | 2016-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот |
| RU2673003C1 (ru) * | 2018-03-05 | 2018-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Буферный усилитель с дифференцирующей цепью коррекции переходного процесса |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008103997A (ru) | 2009-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2368066C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2390916C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2416146C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
| RU2365029C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| Lotfi et al. | Low-power design techniques for low-voltage fast-settling operational amplifiers in switched-capacitor applications | |
| RU2411637C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2393629C1 (ru) | Комплементарный каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2349023C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2455757C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2416149C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2368064C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| JP4155814B2 (ja) | オペアンプ | |
| RU2367996C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| RU2383099C2 (ru) | Дифференциальный усилитель с низкоомными входами | |
| RU2319288C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с низковольтным питанием | |
| RU2337471C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
| RU2293433C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала | |
| RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2449466C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2319293C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2419192C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
| RU2331972C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
| RU2331968C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала | |
| RU2394362C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2408975C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100202 |