RU2402155C1 - Differential amplifier with low voltage of zero shift - Google Patents
Differential amplifier with low voltage of zero shift Download PDFInfo
- Publication number
- RU2402155C1 RU2402155C1 RU2009120732/09A RU2009120732A RU2402155C1 RU 2402155 C1 RU2402155 C1 RU 2402155C1 RU 2009120732/09 A RU2009120732/09 A RU 2009120732/09A RU 2009120732 A RU2009120732 A RU 2009120732A RU 2402155 C1 RU2402155 C1 RU 2402155C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- input
- output
- transistor
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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 эдс 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 small values of the emf of zero bias).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ДУ с простейшей двухкаскадной архитектурой, содержащие небольшое число элементов. На их основе выполняются, например, различные классы селективных цепей, где число маломощных усилителей может измеряться десятками единиц. Предлагаемое изобретение относится к данному типу ДУ.In modern electronic equipment, differential amplifiers (DU) with significant different parameters are used. A special place is occupied by remote controls with the simplest two-stage architecture, containing a small number of elements. On their basis, for example, various classes of selective circuits are performed, where the number of low-power amplifiers can be measured in tens of units. The present invention relates to this type of remote control.
Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ДУ фиг.1, представленная в патенте США №4629997, fig.4, которая также присутствует в большом числе других патентов [1-23].The closest in essence to the claimed technical solution is the classic scheme DU of figure 1, presented in US patent No. 4629997, fig.4, which is also present in a large number of other patents [1-23].
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 цель 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 цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной параллельно-балансный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, вход которого соединен с первым 2 токовым выходом входного параллельно-балансного каскада 1, а выход подключен ко второму 3 токовому выходу входного параллельно-балансного каскада 1 и базе второго транзистора 5 выходного буферного усилителя, транзистор 6 источника опорного тока, коллектор которого подключен к выходу устройства 7 и соединен с эмиттером входного транзистора 5 выходного буферного усилителя, а эмиттер связан с первой 8 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - база транзистора 6 источника опорного тока связана со входом токового зеркала 4 через дополнительную цепь согласования потенциалов 9, а эмиттер транзистора 6 источника опорного тока связан с шиной источника питания 8 через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 10.This goal is achieved by the fact that in the differential amplifier of figure 1, containing the input parallel-
Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения. На чертежах фиг.3 - фиг.5 показаны частные случаи выполнения цепи согласования потенциалов 9.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 the claims. In the drawings of Fig.3 - Fig.5 shows particular cases of execution of the
На чертеже фиг.6 показана схема дифференциального усилителя - прототипа, а на чертеже фиг.7 - заявляемого ДУ в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».In the drawing of Fig.6 shows a diagram of a differential amplifier - a prototype, and in the drawing of Fig.7 - of the claimed remote control in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На чертеже фиг.8 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.6 - фиг.7.The drawing of Fig.8 shows the temperature dependence of the voltage of the zero bias circuit of Fig.6 - Fig.7.
На чертеже фиг.9 приведена модернизированная схема фиг.7 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», в которую введен дополнительный транзистор терморадиационной компенсации VT11, а на чертеже фиг.10 - зависимость напряжения смещения нуля от температуры схемы фиг.6 (прототип) и схемы фиг.9.The drawing of Fig. 9 shows the upgraded circuit of Fig. 7 in the computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP "Pulsar", into which an additional transistor of thermo-radiation compensation VT11 is introduced, and in the drawing of Fig. 10 - the dependence of the zero bias voltage on the temperature of the circuit of Fig. .6 (prototype) and the circuit of FIG. 9.
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной параллельно-балансный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, вход которого соединен с первым 2 токовым выходом входного параллельно-балансного каскада 1, а выход подключен ко второму 3 токовому выходу входного параллельно-балансного каскада 1 и базе второго транзистора 5 выходного буферного усилителя, транзистор 6 источника опорного тока, коллектор которого подключен к выходу устройства 7 и соединен с эмиттером входного транзистора 5 выходного буферного усилителя, а эмиттер связан с первой 8 шиной источника питания. База транзистора 6 источника опорного тока связана со входом токового зеркала 4 через дополнительную цепь согласования потенциалов 9, а эмиттер транзистора 6 источника опорного тока связан с шиной источника питания 8 через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 10.The differential amplifier of figure 2 contains an input parallel-
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.
В качестве подсхемы 1 могут применяться различные каскады - на полевых транзисторах, с разным построением цепей стабилизации статического режима. Будем считать, что токи выходов 2 и 3 одинаковы и равны по величине току I0:As a
При этом ток двухполюсника 10In this case, the current of the two-
где n - коэффициент пропорциональности.where n is the coefficient of proportionality.
В этой связи токи базы транзисторов 5 и 6In this regard, the base currents of
где Iб.р=Iэ.i/βi, - ток базы n-p-n транзисторов 4, 5, 13, 14, 10 при эмиттерном токе Iэ.i=I0;where I bp = I e.i / β i , is the base current of
βi - коэффициент усиления по току базы n-p-n транзистора;β i is the current gain of the base npn of the transistor;
m - коэффициент пропорциональности.m is the coefficient of proportionality.
При коэффициенте передачи тока цепи согласования потенциала 9 Кi ее выходной токWhen the current transfer coefficient of the potential matching circuit is 9 K i, its output current
Поэтому выходной ток токового зеркала 4Therefore, the output current of the
Как следствие, разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шинуAs a result, the current difference in the node "A" when it is shorted to the equipotential common bus
где IБУ=mIб.р - ток базы n-p-n транзистора 5.where I BU = mI bp is the base current of the
Подставляя (2)÷(6) в (7), находим, что разностный ток, определяющий Uсм Substituting (2) ÷ (6) in (7), we find that the difference current determining U cm
Как следствие, при Iр=0 не требуется смещения нуля ДУ1 фиг.2 на величину Uсм, подача которого на его входы Bx.(+)1, Bx.(-)2 компенсирует разностный ток Iр в узле «А».As a result, at I p = 0, zero offset DN1 of FIG. 2 is not required by U cm , the supply of which to its inputs Bx. (+) 1, Bx. (-) 2 compensates for the differential current I p in the node "A".
Для получения Ip=0 коэффициенты n, m и Кi должны удовлетворять условиюTo obtain I p = 0, the coefficients n, m and K i must satisfy the condition
В первом частном случае (n=m=1) должно бытьIn the first particular case (n = m = 1) should be
При m=1, n=2 коэффициент передачи токаFor m = 1, n = 2, the current transfer coefficient
В первом (10) случае необходимо использовать схемы фиг.3 или фиг.4. Во втором (11) - схему фиг.5.In the first (10) case, it is necessary to use the circuit of figure 3 or figure 4. In the second (11) - diagram of figure 5.
Таким образом, в заявляемом устройстве 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 преобразования S входного дифференциального напряжения uвх ДУ в выходной ток узла «А»:Thus, in the inventive device, 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 , which depends on the steepness of the conversion S of the input differential voltage u in the remote control into the output current of the node “A”:
В частном случае (фиг.2):In the particular case (figure 2):
где rэ11=rэ12 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 11 и 12 дифференциального каскада 1.where r e11 = r e12 are the resistance of the emitter junctions of the
Поэтому для частной схемы фиг.2Therefore, for the private circuit of figure 2
где φт=26 мВ - температурный потенциал.where φ t = 26 mV is the temperature potential.
В ДУ-прототипе (фиг.1) Ip≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается на порядок больше (Uсм=-1,2 мВ), чем в заявляемой схеме Uсм=64 мкВ, (фиг.8)).In the remote control prototype (Fig. 1) I p ≠ 0, therefore, here the systematic component U cm is obtained by an order of magnitude greater (U cm = -1.2 mV) than in the claimed circuit U cm = 64 μV, (Fig. 8) )
Компьютерное моделирование схем фиг.6 - фиг.7 подтверждает (фиг.8) данные теоретические выводы.Computer simulation of the circuits of Fig.6 - Fig.7 confirms (Fig.8) these theoretical conclusions.
Если необходимо обеспечить симметрию амплитуд положительных и отрицательных полуволн выходного напряжения ДУ фиг.2, то следует ввести вспомогательные цепи смещения потенциалов V4 и V1 (фиг.6).If it is necessary to ensure symmetry of the amplitudes of the positive and negative half-waves of the output voltage of the remote control of FIG. 2, then auxiliary bias circuits of potentials V4 and V1 should be introduced (FIG. 6).
Для минимизации Uсм при повышенных температурах (t°>80°C) в схеме фиг.9 предусмотрен транзистор VT11, который находится в закрытом состоянии. Однако ток через его р-n переход на подложку, который существенно возрастает на высоких температурах (или при радиационных воздействиях), компенсирует соответствующий ток на подложку через р-n переход транзистора VT8. Это уменьшает производную dUсм/dT при t°>80°C (фиг.10). При высококачественных технических процессах необходимость введения транзисторов терморадиационной компенсации отпадает.To minimize U cm at elevated temperatures (t °> 80 ° C), the transistor VT11 is provided in the circuit of Fig. 9, which is in the closed state. However, the current through its pn junction to the substrate, which increases significantly at high temperatures (or when exposed to radiation), compensates for the corresponding current to the substrate through the pn junction of the VT8 transistor. This reduces the derivative dU cm / dT at t °> 80 ° C (Fig. 10). With high-quality technical processes, the need for the introduction of thermoradiation compensation transistors disappears.
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 США №4042886.1. US patent No. 4042886.
2. Патент Японии JP 10032437.2. Japan patent JP 10032437.
3. Патент Японии JP 2005033558.3. Japan patent JP 2005033558.
4. Патент США №4595883, fig.4.4. US patent No. 4595883, fig. 4.
5. Патентная заявка США №2005/0063270А1, fig.2.5. US patent application No. 2005/0063270A1, fig.2.
6. Патент США №5166638, fig.1.6. US patent No. 5166638, fig. 1.
7. Патент США №5537081, fig.3.7. US Patent No. 5537081, fig. 3.
8. Патент США №6114904.8. US patent No. 6114904.
9. Патент Франции FR №2227574, fig.1, fig.3b, fig.4b.9. French Patent FR No. 2227574, fig. 1, fig. 3b, fig. 4b.
10. Интегральные микросхемы. Операционные усилители [Текст]: справочник. - М., Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. - С.159, операционные усилители 574УДЗ.10. Integrated circuits. Operational Amplifiers [Text]: Reference. - M., Dodeka-XXI Publishing House, 2001. - P.159, operational amplifiers 574UDZ.
11. Интегральные микросхемы. Операционные усилители [Текст]: справочник. - М., Издательский дом «Додлэка-XXI», 2001. - С.280, операционные усилители 1407УД3, 1416УД1.11. Integrated circuits. Operational Amplifiers [Text]: Reference. - M., Dodleka-XXI Publishing House, 2001. - P.280, operational amplifiers 1407UD3, 1416UD1.
12. Патент США №5365191, fig.9.12. US Patent No. 5365191, fig. 9.
13. Патент США №5568090.13. US patent No. 5568090.
14. Патент США №4629997.14. US patent No. 4629997.
15. Патентная заявка США 2009/0021306, fig.2.15. US Patent Application 2009/0021306, fig. 2.
16. Патент США №4223276, fig.1, fig.2.16. US patent No. 4223276, fig. 1, fig. 2.
17. Патентная заявка США 2008/0061877, fig.6.17. US Patent Application 2008/0061877, fig. 6.
18. Патентная заявка США 2006/0202761.18. US Patent Application 2006/0202761.
19. Патент США №4338527, fig.3.19. U.S. Patent No. 4,338,527, fig. 3.
20. Патент Японии 54-37561 Н03F 3/45, fig.2, fig.4.20. Japan Patent 54-37561
21. Патент Японии 54004131.21. Japan patent 54004131.
22. Патент США №5144259, fig.1.22. U.S. Patent No. 5,144,259, fig. 1.
23. Патент США №6922105, fig.7.23. US patent No. 6922105, fig. 7.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009120732/09A RU2402155C1 (en) | 2009-06-01 | 2009-06-01 | Differential amplifier with low voltage of zero shift |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009120732/09A RU2402155C1 (en) | 2009-06-01 | 2009-06-01 | Differential amplifier with low voltage of zero shift |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2402155C1 true RU2402155C1 (en) | 2010-10-20 |
Family
ID=44024078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009120732/09A RU2402155C1 (en) | 2009-06-01 | 2009-06-01 | Differential amplifier with low voltage of zero shift |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2402155C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517699C1 (en) * | 2012-12-24 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operational amplifier with passive parallel channel |
-
2009
- 2009-06-01 RU RU2009120732/09A patent/RU2402155C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517699C1 (en) * | 2012-12-24 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operational amplifier with passive parallel channel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2523124C1 (en) | Multi-differential operational amplifier | |
RU2402155C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411634C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2416152C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2414808C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2402152C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2365029C1 (en) | Cascode difference amplifier with low offset voltage | |
RU2444119C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2412531C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2411644C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2411639C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2416151C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2414807C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411641C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2390921C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2402154C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2412528C1 (en) | Cascode differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2411638C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2399151C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2401507C1 (en) | Buffer amplifier with low zero-shift voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130602 |