RU2399151C1 - Differential amplifier - Google Patents

Differential amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2399151C1
RU2399151C1 RU2009129571/09A RU2009129571A RU2399151C1 RU 2399151 C1 RU2399151 C1 RU 2399151C1 RU 2009129571/09 A RU2009129571/09 A RU 2009129571/09A RU 2009129571 A RU2009129571 A RU 2009129571A RU 2399151 C1 RU2399151 C1 RU 2399151C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
input
output
emitter
collector
Prior art date
Application number
RU2009129571/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Сергей Валентинович Глушанин (RU)
Сергей Валентинович Глушанин
Михаил Сергеевич Цыбин (RU)
Михаил Сергеевич Цыбин
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 RU2009129571/09A priority Critical patent/RU2399151C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2399151C1 publication Critical patent/RU2399151C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention can be used as a device for amplifying analogue signals, in analogue microcircuits for various functional purposes (e.g. in comparators and precision operational amplifiers with small zero offset emf values). The differential amplifier has a first (1) and a second (2) input transistor, between emitters of which a local negative feedback resistor (3) is connected, a first (4) current stabilising two-terminal element connected to the emitter of the first (1) input transistor, a second (5) current stabilising two-terminal element connected to the emitter of the second (2) input transistor, a third (6) current stabilising two-terminal element connected to the collector of the first (1) input transistor and the emitter of the first (7) output transistor, whose base is connected to the emitter of the first (1) input transistor, a fourth (8) current stabilising two-terminal element (8) connected to the collector of the second (2) input transistor and the emitter of the second (9) output transistor, a current mirror (10) whose input is connected to the collector of the first (7) output transistor, while the output is connected to the collector of the second (9) output transistor and the base of the input transistor (11) of the buffer amplifier (12). The base of the second (9) output transistor is connected to the base of the first (7) output transistor. Conductivity type of the input transistor (11) of the buffer amplifier (12) is the same as that of the first (7) and second (9) output transistors.
EFFECT: low absolute value zero offset emf Uoff and its temperature drift.
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, в компараторах и прецизионных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями э.д.с. смещения нуля).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, in comparators and precision operational amplifiers (op amps) with low values of the emf of zero bias).

В современной аналоговой микроэлектронике можно выделить подкласс дифференциальных усилителей на базе так называемого «перегнутого» каскода со следящим питанием [1-12]. Они относятся к числу наиболее широкополосных. Предлагаемое изобретение относится к данному типу ДУ.In modern analog microelectronics, one can distinguish a subclass of differential amplifiers based on the so-called “bent” cascode with tracking power [1-12]. They are among the most broadband. The present invention relates to this type of remote control.

Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является схема ДУ фиг.1, представленная в Каталоге разработок Российско-Белорусского центра аналоговой микросхемотехники. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2006 (стр.65), которая также присутствует в большом числе патентов ведущих микроэлектронных фирм, например, [1-12].The closest in essence to the claimed technical solution is the control scheme of figure 1, presented in the Development Catalog of the Russian-Belarusian Center for Analog Microcircuitry. - Mines: Publishing House of SRUES, 2006 (p. 65), which is also present in a large number of patents of leading microelectronic companies, for example, [1-12].

Существенный недостаток известного ДУ фиг.1 состоит в том, что он имеет повышенное значение систематической составляющей напряжения смещения нуля (Uсм), зависящей от свойств его архитектуры.A significant drawback of the known DE of FIG. 1 is that it has an increased value of the systematic component of the zero bias voltage (U cm ), which depends on the properties of its architecture.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа.The main objective of the invention is to reduce the absolute value of U cm and its temperature drift.

Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор 3 местной отрицательной обратной связи, первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, подключенный к эмиттеру первого 1 входного транзистора, второй 5 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с эмиттером второго 2 входного транзистора, третий 6 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с коллектором первого 1 входного транзистора и эмиттером первого 7 выходного транзистора, база которого соединена с эмиттером первого 1 входного транзистора, четвертый 8 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с коллектором второго 2 входного транзистора и эмиттером второго 9 выходного транзистора, токовое зеркало 10, вход которого подключен к коллектору первого 7 выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго 9 выходного транзистора и базой входного транзистора 11 буферного усилителя 12, предусмотрены новые связи - база второго 9 выходного транзистора соединена с базой первого 7 выходного транзистора, причем тип проводимости входного транзистора 11 буферного усилителя 12 совпадает с типом проводимости первого 7 и второго 9 выходных транзисторов.The problem is achieved in that in the differential amplifier of Fig. 1, containing the first 1 and second 2 input transistors, between the emitters of which a resistor 3 of local negative feedback is connected, the first 4 is a stabilizing two-terminal device connected to an emitter of the first 1 input transistor, and the second 5 is a current stabilizing two-terminal device connected to the emitter of the second 2 input transistor, the third 6 current-stabilizing two-terminal connected to the collector of the first 1 input transistor and the emitter of the first 7 output trans a resistor, the base of which is connected to the emitter of the first 1 input transistor, the fourth 8 is a current-stabilizing two-terminal connected to the collector of the second 2 input transistor and the emitter of the second 9 output transistor, a current mirror 10, the input of which is connected to the collector of the first 7 output transistor, and the output is connected to the collector the second 9 output transistor and the base of the input transistor 11 of the buffer amplifier 12, new communications are provided - the base of the second 9 output transistor is connected to the base of the first 7 output transistor, moreover, the type of conductivity of the input transistor 11 of the buffer amplifier 12 coincides with the type of conductivity of the first 7 and second 9 output transistors.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.

На фиг.3 и фиг.4 показаны схемы дифференциального усилителя-прототипа (фиг.3) и заявляемого ДУ (фиг.4) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».In Fig.3 and Fig.4 shows a diagram of the differential amplifier of the prototype (Fig.3) and the claimed remote control (Fig.4) in the environment of computer simulation PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.

На фиг.5 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.3, фиг.4.Figure 5 shows the temperature dependence of the zero bias voltage of the circuits of figure 3, figure 4.

Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор 3 местной отрицательной обратной связи, первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, подключенный к эмиттеру первого 1 входного транзистора, второй 5 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с эмиттером второго 2 входного транзистора, третий 6 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с коллектором первого 1 входного транзистора и эмиттером первого 7 выходного транзистора, база которого соединена с эмиттером первого 1 входного транзистора, четвертый 8 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с коллектором второго 2 входного транзистора и эмиттером второго 9 выходного транзистора, токовое зеркало 10, вход которого подключен к коллектору первого 7 выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго 9 выходного транзистора и базой входного транзистора 11 буферного усилителя 12. База второго 9 выходного транзистора соединена с базой первого 7 выходного транзистора, причем тип проводимости входного транзистора 11 буферного усилителя 12 совпадает с типом проводимости первого 7 и второго 9 выходных транзисторов.The differential amplifier of figure 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, between the emitters of which a local negative feedback resistor 3 is included, the first 4 current-stabilizing two-terminal connected to the emitter of the first 1 input transistor, the second 5 current-stabilizing two-terminal connected to the emitter of the second 2 input transistor , the third 6 current-stabilizing two-terminal connected to the collector of the first 1 input transistor and the emitter of the first 7 output transistor, the base of which is connected to the emitter the first 1 input transistor, the fourth 8 current-stabilizing two-terminal connected to the collector of the second 2 input transistor and the emitter of the second 9 output transistor, a current mirror 10, the input of which is connected to the collector of the first 7 output transistor, and the output is connected to the collector of the second 9 output transistor and the base of the input the transistor 11 of the buffer amplifier 12. The base of the second 9 output transistor is connected to the base of the first 7 of the output transistor, the conductivity type of the input transistor 11 of the buffer amplifier 12 with drops from the conduction type of the first 7 and second output transistors 9.

Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.2, т.е. зависящие от схемотехники ДУ.Consider the factors that determine the systematic component of the bias voltage of zero U cm in the circuit of figure 2, i.e. depending on the circuitry of the remote control.

Если токи двухполюсников 4 и 5 равны величине I0, a I6=2I0=I8, то токи коллекторов транзисторов 1 и 2:If the currents of the two-terminal circuits 4 and 5 are equal to the value I 0 , and I 6 = 2I 0 = I 8 , then the collector currents of the transistors 1 and 2:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где Iб.i=Iэ.ii - ток базы n-p-n транзисторов (Iб.p) и p-n-p транзисторов (Iб.n) при эмиттерном токе Iэ.i=I0;where I b.i = I e.i / β i is the base current of npn transistors (I b.p ) and pnp transistors (I b.n ) at an emitter current I e.i = I 0 ;

βi - коэффициент усиления по току базы транзисторов.β i is the current gain of the base of transistors.

Следовательно, при единичном коэффициенте передачи по току токового зеркала 10 (Кi=1) эмиттерные и коллекторные токи транзисторов 7 и 9, а также входной (Iвх.10) и выходной (Iвых.10) токи токового зеркала 10:Therefore, at a unit current transfer coefficient of the current mirror 10 (K i = 1), the emitter and collector currents of the transistors 7 and 9, as well as the input (I input 10 ) and output (I output 10 ) currents of the current mirror 10:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Как следствие, разность токов Ip в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шинуAs a result, the current difference I p in the node “A” when it is short-circuited to an equipotential common bus

Figure 00000007
Figure 00000007

где Iвх.12=2Iб.n - ток базы p-n-p транзистора 11 буферного усилителя 12.where I input 12 = 2I b.n is the base current pnp of the transistor 11 of the buffer amplifier 12.

Подставляя (1)÷(6) в (7), находим, что разностный ток, определяющий U Substituting (1) ÷ (6) in (7), we find that the difference current determining U cm

Figure 00000008
Figure 00000008

Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (8) уменьшается систематическая составляющая U, обусловленная конечной величиной β транзисторов и его радиационной (или температурной) зависимостью. Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Ip в узле «А» создает Uсм, зависящее от крутизны S преобразования входного дифференциального напряжения uвх ДУ в выходной ток узла «А»:Thus, in the inventive device, when condition (8) is fulfilled, the systematic component U cm decreases due to the final value of β transistors and its radiation (or temperature) dependence. As a result, this reduces U cm , since the difference current I p in the node “A” creates U cm , depending on the steepness S of the conversion of the input differential voltage u in the remote control into the output current of the node “A”:

Figure 00000009
Figure 00000009

где rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 1 и 2,where r e1 = r e2 - resistance of the emitter junctions of the input transistors 1 and 2,

R3 - сопротивление двухполюсника 3.R 3 - resistance of a two-terminal 3.

Поэтому для схемы фиг.2Therefore, for the circuit of FIG. 2

Figure 00000010
Figure 00000010

где φT=26 мВ - температурный потенциал.where φ T = 26 mV is the temperature potential.

В ДУ-прототипе Ip=-2Iб.n, поэтому здесь систематическая составляющая U получается на два порядка больше (U=10,5 мВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=65 мкВ).In the remote control prototype I p = -2I b.n , therefore, here the systematic component U cm is two orders of magnitude greater (U cm = 10.5 mV) than in the claimed circuit (U cm = 65 μV).

Компьютерное моделирование схем фиг.3, фиг.4 подтверждает (фиг.5) данные теоретические выводы.Computer simulation of the schemes of figure 3, figure 4 confirms (figure 5) these theoretical conclusions.

Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока.Thus, the claimed device has significant advantages in comparison with the prototype in terms of the value of the static error of amplification of DC signals.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Чехии №145526.1. Czech patent No. 145526.

2. Патент Чехии №145528.2. Czech patent No. 145528.

3. Патент США №4151482.3. US patent No. 4151482.

4. Патент Франции №2066287.4. French patent No. 2066287.

5. Патент Англии №1276375.5. England patent No. 1276375.

6. Патент Франции №2023 887.6. French patent No. 2023 887.

7. Патент США №3825774 fig.8.7. US Patent No. 3825774 fig. 8.

8. А.св. СССР №813692.8. A. St. USSR No. 813692.

9. Патент США №4151484 fig.4.9. US patent No. 4151484 fig. 4.

10. Патент ФРГ №2039399.10. German patent No. 2039399.

11. Патент Швеции №365675.11. Swedish patent No. 365675.

12. Патент США №4406990 fig.4.12. US Patent No. 4,406,990 fig. 4.

Claims (1)

Дифференциальный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор (3) местной отрицательной обратной связи, первый (4) токостабилизирующий двухполюсник, подключенный к эмиттеру первого (1) входного транзистора, второй (5) токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с эмиттером второго (2) входного транзистора, третий (6) токостабилизирующий двухполюсник, связанный с коллектором первого (1) входного транзистора и эмиттером первого (7) выходного транзистора, база которого соединена с эмиттером первого (1) входного транзистора, четвертый (8) токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с коллектором второго (2) входного транзистора и эмиттером второго (9) выходного транзистора, токовое зеркало (10), вход которого подключен к коллектору первого (7) выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго (9) выходного транзистора и базой входного транзистора (11) буферного усилителя (12), отличающийся тем, что база второго (9) выходного транзистора соединена с базой первого (7) выходного транзистора, причем тип проводимости входного транзистора (11) буферного усилителя (12) совпадает с типом проводимости первого (7) и второго (9) выходных транзисторов. A differential amplifier containing the first (1) and second (2) input transistors between which emitters includes a local negative feedback resistor (3), the first (4) current-stabilizing two-terminal connected to the emitter of the first (1) input transistor, and the second (5) a current-stabilizing two-terminal connected to the emitter of the second (2) input transistor, a third (6) current-stabilizing two-terminal connected to the collector of the first (1) input transistor and the emitter of the first (7) output transistor, the base of which is connected to the em the ytter of the first (1) input transistor, the fourth (8) current-stabilizing two-terminal connected to the collector of the second (2) input transistor and the emitter of the second (9) output transistor, a current mirror (10), the input of which is connected to the collector of the first (7) output transistor and the output is connected to the collector of the second (9) output transistor and the base of the input transistor (11) of the buffer amplifier (12), characterized in that the base of the second (9) output transistor is connected to the base of the first (7) output transistor, and the input conductivity type the first transistor (11) of the buffer amplifier (12) coincides with the first conductivity type (7) and second (9) output transistors.
RU2009129571/09A 2009-07-31 2009-07-31 Differential amplifier RU2399151C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129571/09A RU2399151C1 (en) 2009-07-31 2009-07-31 Differential amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129571/09A RU2399151C1 (en) 2009-07-31 2009-07-31 Differential amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2399151C1 true RU2399151C1 (en) 2010-09-10

Family

ID=42800653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129571/09A RU2399151C1 (en) 2009-07-31 2009-07-31 Differential amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2399151C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2412535C1 (en) Differential operating amplifier
RU2399151C1 (en) Differential amplifier
RU2411637C1 (en) Precision operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2408975C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2412530C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2365029C1 (en) Cascode difference amplifier with low offset voltage
RU2416152C1 (en) Differential operating amplifier
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2412528C1 (en) Cascode differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2411634C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2416149C1 (en) Differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2433523C1 (en) Precision differential operational amplifier
RU2411635C1 (en) Differential amplifier
RU2411636C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2367996C1 (en) Current mirror
RU2402155C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2416150C1 (en) Differential operating amplifier
RU2402154C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2621289C1 (en) Two-stage differential operational amplifier with higher gain
RU2390914C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2444119C1 (en) Precision operational amplifier
RU2411639C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2412529C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2449466C1 (en) Precision operational amplifier
RU2411641C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift

Legal Events

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

Effective date: 20130801