RU2390914C1 - Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift - Google Patents

Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift Download PDF

Info

Publication number
RU2390914C1
RU2390914C1 RU2009102690/09A RU2009102690A RU2390914C1 RU 2390914 C1 RU2390914 C1 RU 2390914C1 RU 2009102690/09 A RU2009102690/09 A RU 2009102690/09A RU 2009102690 A RU2009102690 A RU 2009102690A RU 2390914 C1 RU2390914 C1 RU 2390914C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
collector
input
transistor
buffer amplifier
Prior art date
Application number
RU2009102690/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Сергей Валентинович Глушанин (RU)
Сергей Валентинович Глушанин
Петр Сергеевич Будяков (RU)
Петр Сергеевич Будяков
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2009102690/09A priority Critical patent/RU2390914C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2390914C1 publication Critical patent/RU2390914C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention may be used as device for amplification of analogue signals, in structure of analogue microchips of various functional purpose (for instance, operational amplifiers (OA) with low values of zero shift EMF). Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift comprises input differential cascade (1) with the first (2) and second (3) collector outputs connected to emitters of according first (4) and second (5) output transistors, auxiliary source of voltage (6) connected to bases of the first (4) and second (5) output transistors, current mirror (7), input of which is connected to collector of the first (4) output transistor, and outlet - to collector of the second (5) output transistor and base of input transistor (8) of buffer amplifier, circuit of buffer amplifier (9) load connected to its output (10). Circuit comprises additional transistor (11), base of which is connected to the second (3) current output of input differential cascade (1), emitter is connected to collector of input transistor (8) of buffer amplifier, and collector is connected to output (10) of buffer amplifier.
EFFECT: reduced shift voltage.
3 cl, 5 dwg

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, широкополосных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями эдс смещения нуля Uсм).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals, in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, broadband operational amplifiers (op amps) with small values of zero emf bias voltage U cm ).

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ДУ с каскодной архитектурой, относящиеся к числу наиболее высокочастотных. Предполагаемое изобретение относится к данному типу устройств [1-16].In modern electronic equipment, differential amplifiers (DU) with significant different parameters are used. A special place is occupied by cascode architecture remote controls, which are among the most high-frequency ones. The alleged invention relates to this type of device [1-16].

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому ДУ является классическая схема фиг.1 (патент США №4.232.273), которая стала основой построения большого числа аналоговых устройств и интерфейсов.Closest to the technical nature of the claimed remote control is the classical circuit of figure 1 (US patent No. 4.232.273), which has become the basis for constructing a large number of analog devices and interfaces.

Существенный недостаток известного ДУ фиг.1 состоит в том, что он имеет повышенное значение напряжения смещения нуля UCM.A significant disadvantage of the known DE figure 1 is that it has an increased value of the bias voltage zero CM U.

Основная цель предлагаемого изобретения состоит в уменьшении UCM.The main objective of the invention is to reduce U CM .

Поставленная цель достигается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 коллекторными выходами, связанными с эмиттерами соответствующих первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, вспомогательный источник напряжения 6, соединенный с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, токовое зеркало 7, вход которого соединен с коллектором первого 4 выходного транзистора, а выход - с коллектором второго 5 выходного транзистора и базой входного транзистора 8 буферного усилителя, цепь нагрузки буферного усилителя 9, соединенную с его выходом 10, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 11, база которого подключена ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, эмиттер соединен с коллектором входного транзистора 8 буферного усилителя, а коллектор связан с выходом 10 буферного усилителя.This goal is achieved by the fact that in the cascode differential amplifier of figure 1, containing the input differential stage 1 with the first 2 and second 3 collector outputs associated with the emitters of the corresponding first 4 and second 5 output transistors, an auxiliary voltage source 6 connected to the bases of the first 4 and the second 5 output transistors, a current mirror 7, the input of which is connected to the collector of the first 4 output transistor, and the output to the collector of the second 5 output transistor and the base of the input transistor 8 buffer of the amplifier, the load circuit of the buffer amplifier 9, connected to its output 10, new elements and connections are provided - an additional transistor 11 is introduced into the circuit, the base of which is connected to the second 3 current output of the input differential stage 1, the emitter is connected to the collector of the input transistor 8 of the buffer amplifier , and the collector is connected to the output 10 of the buffer amplifier.

Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1-п.3 формулы изобретения. На чертеже фиг.3 показаны статические токи в схеме заявляемого устройства фиг.2. Однако тип проводимости применяемых в схеме фиг.3 транзисторов противоположен типу проводимости соответствующих транзисторов в схеме фиг.2.The amplifier circuit of the prototype is shown in the drawing of figure 1. The drawing of figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with claim 1, claim 3 of the claims. The drawing of figure 3 shows the static currents in the circuit of the inventive device of figure 2. However, the type of conductivity used in the circuit of FIG. 3 is the opposite of the type of conductivity of the corresponding transistors in the circuit of FIG. 2.

На чертеже фиг.4 показана схема ДУ-прототипа в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» и результаты расчета его напряжения смещения нуля: Uсм=576 мкВ.The drawing of figure 4 shows the diagram of the remote control prototype in the computer simulation environment PSpice on the models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar and the results of calculating its zero bias voltage: U cm = 576 μV.

На чертеже фиг.5 показана схема заявляемого устройства в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а также результаты определения систематической составляющей его напряжения смещения нуля: Uсм=-38,8 мкВ.The drawing of figure 5 shows a diagram of the inventive device in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar, as well as the results of determining the systematic component of its zero bias voltage: U cm = -38.8 μV.

Каскодный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 коллекторными выходами, связанными с эмиттерами соответствующих первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, вспомогательный источник напряжения 6, соединенный с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, токовое зеркало 7, вход которого соединен с коллектором первого 4 выходного транзистора, а выход - с коллектором второго 5 выходного транзистора и базой входного транзистора 8 буферного усилителя, цепь нагрузки буферного усилителя 9, соединенную с его выходом 10. В схему введен дополнительный транзистор 11, база которого подключена ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, эмиттер соединен с коллектором входного транзистора 8 буферного усилителя, а коллектор связан с выходом 10 буферного усилителя.The cascode differential amplifier of FIG. 2 contains an input differential stage 1 with a first 2 and a second 3 collector outputs connected to emitters of the corresponding first 4 and second 5 output transistors, an auxiliary voltage source 6 connected to the bases of the first 4 and second 5 output transistors, a current mirror 7, the input of which is connected to the collector of the first 4 output transistor, and the output to the collector of the second 5 output transistor and the base of the input transistor 8 of the buffer amplifier, the load circuit of the buffer amplifier of Tell 9 connected to its output 10. The circuit introduced an additional transistor 11, whose base is connected to the second current output 3 of the differential input stage 1, whose emitter is connected with the input of the buffer amplifier transistor the collector 8 and whose collector is connected to the output 10 of the buffer amplifier.

На чертежах фиг.2 и фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, токовое зеркало 7 содержит p-n переход 12 и выходной транзистор 13, причем база выходного транзистора 13 соединена со входом токового зеркала 7 и первым выводом p-n перехода 12, коллектор связан с выходом токового зеркала 7, а эмиттер подключен ко второму выводу p-n перехода 12.In the drawings of FIG. 2 and FIG. 3, in accordance with claim 2, the current mirror 7 comprises a pn junction 12 and an output transistor 13, the base of the output transistor 13 being connected to the input of the current mirror 7 and the first output of the pn junction 12, the collector connected to the output of the current mirror 7, and the emitter is connected to the second terminal pn of junction 12.

На чертеже фиг.4, соответствующем п.3 формулы изобретения, выход 10 буферного усилителя соединен со входом выходного повторителя напряжения 14.In the drawing of figure 4, corresponding to claim 3 of the claims, the output 10 of the buffer amplifier is connected to the input of the output voltage follower 14.

Рассмотрим работу схемы фиг.3 на постоянном токе.Consider the operation of the circuit of figure 3 on direct current.

В связи с конечной величиной коэффициента передачи тока базы транзисторов (β=20÷50) для схемы фиг.3 можно составить следующие уравнения Кирхгофа:In connection with the final value of the current transfer coefficient of the base of transistors (β = 20 ÷ 50) for the circuit of Fig.3, the following Kirchhoff equations can be made:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

где Iк4, Iк5, Iк8, Iк13 - коллекторные токи транзисторов 4, 5, 8, 13;where I k4 , I k5 , I k8 , I k13 - collector currents of transistors 4, 5, 8, 13;

I12 - ток через p-n переход 12;I 12 - current through pn junction 12;

Iэ5, Iэ13 - эмиттерный ток транзисторов 5 и 13;I e5 , I e13 - emitter current of transistors 5 and 13;

2I0 - суммарный ток общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада.2I 0 is the total current of the common emitter circuit of the input differential stage.

Сумма токов для узла «А»The sum of the currents for the node "A"

Figure 00000009
Figure 00000009

или после преобразованияor after conversion

Figure 00000010
Figure 00000010

С учетом численных значений β последнее уравнение можно представить в видеGiven the numerical values of β, the last equation can be represented as

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

Таким образом, при β8≈β11≈β13 и одинаковом изменении β транзисторов под действием радиации (или температуры) в узле «А» обеспечивается взаимная компенсация токов ошибки, связанных с конечными значениями токов базы. Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Iр в узле «А» создает Uсм, зависящее от крутизны преобразования входного напряжения uвх ДУ фиг.3 в выходной ток узла «А»Thus, with β 8 ≈ β 11 ≈ β 13 and the same change in β transistors under the influence of radiation (or temperature) in node “A”, mutual compensation of error currents associated with the final values of the base currents is provided. As a result, this reduces U cm , since the differential current I p in the node “A” creates U cm , which depends on the steepness of the conversion of the input voltage u in the remote control of FIG. 3 into the output current of the node “A”

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

где rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов дифференциального каскада 1. Поэтому для схем фиг.1 - фиг.3where r e1 = r e2 is the resistance of the emitter junctions of the input transistors of the differential stage 1. Therefore, for the circuits of figure 1 - figure 3

Uсм=Iр(rэ1+rэ2).U cm = I p (r e1 + r e2 ).

В ДУ-прототипе IR≠0, поэтому здесь систематическая составляющая UCM получается на порядок больше (фиг.4), чем в заявляемой схеме (фиг.5).In the remote control prototype I R ≠ 0, therefore, here the systematic component U CM is obtained an order of magnitude more (Fig. 4) than in the claimed scheme (Fig. 5).

Таким образом, предлагаемое техническое решение имеет существенное преимущество в сравнении с прототипом.Thus, the proposed technical solution has a significant advantage in comparison with the prototype.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №3.660.773.1. US patent No. 3.660.773.

2. Патент Франции №1.484.340.2. French Patent No. 1,484.340.

3. Патент ФРГ №1.214.775.3. The Federal Republic of Germany patent No. 1.214.775.

4. Патент Англии №1520085.4. Patent of England No. 1520085.

5. Патент США №3.482.177.5. US Patent No. 3,482.177.

6. Патент Англии №1212342.6. Patent of England No. 1212342.

7. Патент ФРГ №1537590.7. German patent No. 1537590.

8. Патент Франции №1548008.8. French patent No. 1548008.

9. Патентная заявка ФРГ №2418455.9. Patent application of Germany No. 2418455.

10. Патент Франции №2227574.10. French patent No. 2227574.

11. Ав. свид. СССР №970638.11. Av. testimonial. USSR No. 970638.

12. Патент Швеции №359989.12. Swedish patent No. 359989.

13. Патент Англии №1500993.13. Patent of England No. 1500993.

14. Ав. свид. СССР №276170.14. Av. testimonial. USSR No. 276170.

15. Патент Англии №1334759.15. Patent of England No. 1334759.

16. Патент Японии №53-35352.16. Japanese Patent No. 53-35352.

Claims (3)

1. Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) коллекторными выходами, связанными с эмиттерами соответствующих первого (4) и второго (5) выходных транзисторов, вспомогательный источник напряжения (6), соединенный с базами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов, токовое зеркало (7), вход которого соединен с коллектором первого (4) выходного транзистора, а выход - с коллектором второго (5) выходного транзистора и базой входного транзистора (8) буферного усилителя, цепь нагрузки буферного усилителя (9), соединенную с его выходом (10), отличающийся тем, что в схему введен дополнительный транзистор (11), база которого подключена ко второму (3) токовому выходу входного дифференциального каскада (1), эмиттер соединен с коллектором входного транзистора (8) буферного усилителя, а коллектор связан с выходом (10) буферного усилителя.1. A cascode differential amplifier with a low zero bias voltage, comprising an input differential stage (1) with first (2) and second (3) collector outputs connected to emitters of the corresponding first (4) and second (5) output transistors, an auxiliary voltage source (6) connected to the bases of the first (4) and second (5) output transistors, a current mirror (7), the input of which is connected to the collector of the first (4) output transistor, and the output to the collector of the second (5) output transistor input transistor (8) buffer amplifier, the load circuit of the buffer amplifier (9) connected to its output (10), characterized in that an additional transistor (11) is introduced into the circuit, the base of which is connected to the second (3) current output of the input differential stage (1), emitter connected to the collector of the input transistor (8) of the buffer amplifier, and the collector is connected to the output (10) of the buffer amplifier. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токовое зеркало (7) содержит p-n переход (12) и выходной транзистор (13), причем база выходного транзистора (13) соединена со входом токового зеркала (7) и первым выводом p-n перехода (12), коллектор связан с выходом токового зеркала (7), а эмиттер подключен ко второму выводу p-n перехода (12).2. The device according to claim 1, characterized in that the current mirror (7) contains a pn junction (12) and an output transistor (13), the base of the output transistor (13) connected to the input of the current mirror (7) and the first output pn of the junction (12), the collector is connected to the output of the current mirror (7), and the emitter is connected to the second terminal pn of the junction (12). 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход (10) буферного усилителя соединен со входом выходного повторителя напряжения (14). 3. The device according to claim 1, characterized in that the output (10) of the buffer amplifier is connected to the input of the output voltage follower (14).
RU2009102690/09A 2009-01-27 2009-01-27 Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift RU2390914C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009102690/09A RU2390914C1 (en) 2009-01-27 2009-01-27 Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009102690/09A RU2390914C1 (en) 2009-01-27 2009-01-27 Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2390914C1 true RU2390914C1 (en) 2010-05-27

Family

ID=42680613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009102690/09A RU2390914C1 (en) 2009-01-27 2009-01-27 Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2390914C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2579127C1 (en) * 2014-11-25 2016-03-27 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Operational amplifier based broadband converter for converting n-current input signals into voltage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2579127C1 (en) * 2014-11-25 2016-03-27 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Operational amplifier based broadband converter for converting n-current input signals into voltage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2365969C1 (en) Current mirror
RU2390916C1 (en) Precision operational amplifier
RU2390914C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2416149C1 (en) Differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2321159C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2416152C1 (en) Differential operating amplifier
RU2411637C1 (en) Precision operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2419187C1 (en) Cascode differential amplifier with increased zero level stability
RU2411636C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2365029C1 (en) Cascode difference amplifier with low offset voltage
RU2414808C1 (en) Operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2321158C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2408975C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2416150C1 (en) Differential operating amplifier
RU2390921C1 (en) Operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2416151C1 (en) Differential operating amplifier
RU2412528C1 (en) Cascode differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2402156C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2416154C1 (en) Two-cascade differential amplifier with low supply voltage
RU2432666C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2402870C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2402154C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2420862C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2368063C1 (en) Active load of differential amplifiers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130128