RU2402154C1 - Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля - Google Patents
Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2402154C1 RU2402154C1 RU2009120332/09A RU2009120332A RU2402154C1 RU 2402154 C1 RU2402154 C1 RU 2402154C1 RU 2009120332/09 A RU2009120332/09 A RU 2009120332/09A RU 2009120332 A RU2009120332 A RU 2009120332A RU 2402154 C1 RU2402154 C1 RU 2402154C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- input
- transistor
- current
- additional
- 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. Технический результат: уменьшение абсолютного значения напряжения смещения и его температурного дрейфа. Дифференциальный усилитель (ДУ) содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы (Т), первый (3) и второй (4) токостабилизирующие двухполюсники (ТД), двухполюсник местной отрицательной обратной связи (5), включенный между эмиттерами Т (1) и Т (2), токовое зеркало (6), вход и выход которого подключены соответственно к коллекторам Т (1) и Т (2) и входу (7) эмиттерного повторителя (8) на основе входного Т (9), тип проводимости которого совпадает с типом проводимости Т (1) и Т (2). В схему введены Т (10) и Т (11) с объединенными базами, эмиттер Т (10) соединен с ТД (3), эмиттер Т (11) связан с ТД (4), объединенные базы Т (10) и Т (11) связаны с эмиттером Т (1), коллектор Т (10) подключен к эмиттеру Т (1), а коллектор Т (11) соединен с эмиттером Т (2). 4 з.п. ф-лы, 11 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, в компараторах и прецизионных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями э.д.с. смещения нуля).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенными различными параметрами.
Особое место занимают дифференциальные усилители (ДУ) с местной отрицательной обратной связью, которая обеспечивается резистором, включенным между эмиттерами входных транзисторов ДУ. Такие ДУ используются в быстродействующих операционных усилителях и характеризуются расширенным диапазоном линейной работы. Предлагаемое изобретение относится к данному типу ДУ.
Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ДУ фиг.1, представленная в патенте США №5365191, которая также присутствует в большом числе других патентов, например [1-13], имеющих в качестве цепи нагрузки входных транзисторов управляемые токовые зеркала [1-6] или неуправляемые токостабилизирующие двухполюсники [7-13].
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.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа.
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе (фиг.1), содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, первый 3 и второй 4 токостабилизирующие двухполюсники, двухполюсник местной отрицательной обратной связи 5, включенный между эмиттерами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, токовое зеркало 6, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 2 входного транзистора и входу 7 эмиттерного повторителя 8 на основе входного транзистора 9, тип проводимости которого совпадает с типом проводимости первого 1 и второго 2 входных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 10 и второй 11 дополнительные транзисторы с объединенными базами, эмиттер первого 10 дополнительного транзистора соединен с первым 3 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго 11 дополнительного транзистора связан со вторым 4 токостабилизирующим двухполюсником, объединенные базы первого 10 и второго 11 дополнительных транзисторов связаны с эмиттером первого 1 входного транзистора, коллектор первого 10 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру первого 1 входного транзистора, а коллектор второго 11 дополнительного транзистора соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора.
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.
Схема фиг.3 соответствует п.2, п.3 и п.4 формулы изобретения. На фиг.4, фиг.5 показаны варианты построения дополнительного неинвертирующего усилителя тока, соответствующего п.3 (фиг.4) и п.4 (фиг.5) формулы изобретения.
На фиг.6 приведена схемы заявляемого устройства в соответствии с п.5 формулы изобретения.
На фиг.7 показаны схемы дифференциального усилителя - прототипа, а на фиг.8 - заявляемого ДУ в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На фиг.9 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.7, фиг.8.
На фиг.10 приведена схема фиг.6 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», в которой присутствует специальный транзистор 17 терморадиационной компенсации Uсм (фиг.6).
На фиг.11 показана зависимость Uсм=f(t°) схем фиг.10 и фиг.8, которая показывает эффективность введения транзистора 17 (фиг.6).
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, первый 3 и второй 4 токостабилизирующие двухполюсники, двухполюсник местной отрицательной обратной связи 5, включенный между эмиттерами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, токовое зеркало 6, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 2 входного транзистора и входу 7 эмиттерного повторителя 8 на основе входного транзистора 9, тип проводимости которого совпадает с типом проводимости первого 1 и второго 2 входных транзисторов. В схему введены первый 10 и второй 11 дополнительные транзисторы с объединенными базами, эмиттер первого 10 дополнительного транзистора соединен с первым 3 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго 11 дополнительного транзистора связан со вторым 4 токостабилизирующим двухполюсником, объединенные базы первого 10 и второго 11 дополнительных транзисторов связаны с эмиттером первого 1 входного транзистора, коллектор первого 10 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру первого 1 входного транзистора, а коллектор второго 11 дополнительного транзистора соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора.
Статический режим транзистора 9 в схеме фиг.2 устанавливается двухполюсником 12.
На фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения объединенные базы первого 10 и второго 11 дополнительных транзисторов связаны с эмиттером первого 1 входного транзистора через дополнительный неинвертирующий усилитель тока 13.
На фиг.4 в соответствии с п.3 формулы коэффициент передачи по току дополнительного неинвертирующего усилителя тока 13 близок к единице, что обеспечивается транзистором 14.
На фиг.5 в соответствии с п.4 формулы коэффициент усиления по току дополнительного неинвертирующего усилителя тока 13 близок к 0,5, что обеспечивается параллельным включением двух транзисторов 15 и 16.
В схеме фиг.6 в соответствии с п.5 формулы изобретения введен транзистор терморадиационной компенсации 17, а базы транзисторов 14 и 17 связаны с цепью смещения 18.
Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.3, т.е. зависящие от схемотехники ДУ.
Если токи двухполюсников 3 и 4 равны величине I0, то токи коллекторов транзисторов 10 и 11:
где Iб.р=Iэ.i/βi - ток базы n-p-n транзисторов 1, 2, 10, 11, 9 при эмиттерном токе Iэ.i =I0;
βi - коэффициент усиления по току базы n-p-n транзисторов.
Входной Iвx.13 и выходной Iвых.13 токи неинвертирующего усилителя 13
где Кi - коэффициент передачи по току усилителя 13.
Следовательно, эмиттерные и коллекторные токи транзисторов 1 и 2, а также выходной ток (Iвых.6) токового зеркала 6:
Если ток двухполюсника 12 выразить через токи двухполюсников 3 и 4
где m - масштабный коэффициент, то входной ток эмиттерного повторителя 8 (Iвx.8) будет связан с током Iб.р следующим уравнением
Как следствие, разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину
где Iвх.8=mIб.р - ток базы n-p-n транзистора эмиттерного повторителя 8.
Подставляя (1)÷(11) в (12) находим, что разностный ток, определяющий Uсм,
Для получения нулевого значения разностного тока Iр необходимо, чтобы выполнялось условие
Например, если m=2, то Кi=1 (фиг.4). При m=1 коэффициент усиления по току должен иметь значение Кi=0,5 (фиг.5).
Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (14) уменьшается систематическая составляющая Uсм, обусловленная конечной величиной β транзисторов и его радиационной (или температурной) зависимостью. Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Iр в узле «А» создает Uсм, зависящее от крутизны S преобразования входного дифференциального напряжения uвх ДУ в выходной ток узла «А»:
где rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 1 и 2 дифференциального каскада 1,
R5 - сопротивление двухполюсника 5.
Поэтому для схемы фиг.3
где φт=26 мВ - температурный потенциал.
В ДУ-прототипе Iр≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается на порядок больше (Uсм=5,2 мВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=383,4 мкВ).
Компьютерное моделирование схем фиг.7, фиг.8, фиг.10 подтверждает (фиг.9, фиг.11) данные теоретические выводы.
Для минимизации Uсм при повышенных температурах (t°>80°C) в схеме фиг.6 предусмотрен транзистор 17, который находится в закрытом состоянии. Однако ток через его p-n переход на подложку, который существенно возрастает на высоких температурах (или при радиационных воздействиях), компенсирует соответствующий ток на подложку через p-n переход транзистора 14. Это существенно уменьшает производную dUсм/dT при t°>80°C (фиг.11).
Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США №4636743, fig.1.
2. Патент США №5828242, fig.5.
3. Патент США №5365191, fig.9.
4. Патент США №4636744.
5. Патент США №6281752, fig.5a.
6. Патент США №4783637.
7. Патент США №5734294.
8. Патентная заявка США 2006/0066362.
9. Патент США №5684419.
10. Патент США №4757274, fig.1.
11. Патент США №4721920.
12. Патент США №5184088.
13. Патент США №4575687.
Claims (5)
1. Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, первый (3) и второй (4) токостабилизирующие двухполюсники, двухполюсник местной отрицательной обратной связи (5), включенный между эмиттерами первого (I) и второго (2) входных транзисторов, токовое зеркало (6), вход которого соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго (2) входного транзистора и входу (7) эмиттерного повторителя (8) на основе входного транзистора (9), тип проводимости которого совпадает с типом проводимости первого (1) и второго (2) входных транзисторов, отличающийся тем, что в схему введены первый (10) и второй (11) дополнительные транзисторы с объединенными базами, эмиттер первого (10) дополнительного транзистора соединен с первым (3) токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер второго (11) дополнительного транзистора связан со вторым (4) токостабилизирующим двухполюсником, объединенные базы первого (10) и второго (11) дополнительных транзисторов связаны с эмиттером первого (1) входного транзистора, коллектор первого (10) дополнительного транзистора подключен к эмиттеру первого (1) входного транзистора, а коллектор второго (II) дополнительного транзистора соединен с эмиттером второго (2) входного транзистора.
2. Дифференциальный усилитель по п.1, отличающийся тем, что объединенные базы первого (10) и второго (11) дополнительных транзисторов связаны с эмиттером первого (1) входного транзистора через дополнительный неинвертирующий усилитель тока (13).
3. Дифференциальный усилитель по п.2, отличающийся тем, что коэффициент передачи по току дополнительного неинвертирующего усилителя тока (13) близок к единице.
4. Дифференциальный усилитель по п.2, отличающийся тем, что коэффициент усиления по току дополнительного неинвертирующего усилителя тока близок к 0,5.
5. Дифференциальный усилитель по п.2, отличающийся тем, что дополнительный неинвертирующий усилитель тока выполнен на вспомогательном транзисторе, включенном по схеме с общей базой, причем база вспомогательного транзистора соединена с базой транзистора терморадиационной компенсации, коллектор которого подключен к эмиттеру второго входного транзистора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009120332/09A RU2402154C1 (ru) | 2009-05-28 | 2009-05-28 | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009120332/09A RU2402154C1 (ru) | 2009-05-28 | 2009-05-28 | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2402154C1 true RU2402154C1 (ru) | 2010-10-20 |
Family
ID=44024077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009120332/09A RU2402154C1 (ru) | 2009-05-28 | 2009-05-28 | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2402154C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459348C1 (ru) * | 2011-05-19 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Операционный усилитель с цепью коррекции коэффициента усиления |
-
2009
- 2009-05-28 RU RU2009120332/09A patent/RU2402154C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459348C1 (ru) * | 2011-05-19 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Операционный усилитель с цепью коррекции коэффициента усиления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2412535C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2402154C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2416155C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2411634C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2416152C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2411637C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2416149C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2439780C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2411638C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2402151C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2420863C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2411641C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2416151C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2408975C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2416150C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2401507C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2411635C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2444119C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2414807C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2421884C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2402870C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2390914C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2412537C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2432665C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130529 |