RU2408975C1 - Каскодный дифференциальный усилитель - Google Patents

Каскодный дифференциальный усилитель Download PDF

Info

Publication number
RU2408975C1
RU2408975C1 RU2009130413/09A RU2009130413A RU2408975C1 RU 2408975 C1 RU2408975 C1 RU 2408975C1 RU 2009130413/09 A RU2009130413/09 A RU 2009130413/09A RU 2009130413 A RU2009130413 A RU 2009130413A RU 2408975 C1 RU2408975 C1 RU 2408975C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
current
collector
base
Prior art date
Application number
RU2009130413/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Сергей Валентинович Глушанин (RU)
Сергей Валентинович Глушанин
Андрей Александрович Сильнов (RU)
Андрей Александрович Сильнов
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 RU2009130413/09A priority Critical patent/RU2408975C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2408975C1 publication Critical patent/RU2408975C1/ru

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, в компараторах и прецизионных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями эдс смещения нуля). Технический результат: уменьшение абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа. Каскодный дифференциальный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы (Т), эмиттеры которых связаны с первым токостабилизирующим двухполюсником (ТД) (3), первый (4) и второй (5) выходные Т с объединенными базами, эмиттеры которых подключены к соответствующим первому (1) и второму (2) входным Т, а также соединены со вторым (6) и третьим (7) ТД, токовое зеркало (8), вход которого соединен с коллектором первого (4) выходного Т, а выход подключен к коллектору второго (5) выходного Т и связан с базой входного Т (9) выходного буферного усилителя (10). В схему введен дополнительный Т (11), база которого соединена с первым (3) ТД, а коллектор подключен ко входу токового зеркала (8). 9 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 эдс смещения нуля).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенными различными параметрами.
Особое место занимают каскодные дифференциальные усилители (ДУ), характеризующиеся повышенной широкополосностью. Предлагаемое изобретение относится к данному типу ДУ.
Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ДУ фиг.1, представленная в патенте RCA Corporation США №4151482, fig. 1, которая также присутствует в большом числе других патентов, например [2-12].
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.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа.
Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с первым токостабилизирующим двухполюсником 3, первый 4 и второй 5 выходные транзисторы с объединенными базами, эмиттеры которых подключены к соответствующим первому 1 и второму 2 входным транзисторам, а также соединены со вторым 6 и третьим 7 токостабилизирующими двухполюсниками, токовое зеркало 8, вход которого соединен с коллектором первого 4 выходного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 5 выходного транзистора и связан с базой входного транзистора 9 выходного буферного усилителя 10, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 11, база которого соединена с первым 3 токостабилизирующим двухполюсником, а коллектор подключен ко входу токового зеркала 8.
Схема усилителя - прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.
В схеме фиг.3 в эмиттеры транзисторов 1 и 2 введены дополнительные резисторы, что является традиционным схемотехническим решением.
На чертежах фиг.4 и 5 показаны схемы дифференциального усилителя - прототипа (фиг.4) и заявляемого ДУ (фиг.5) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На чертеже фиг.6 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля сравниваемых схем фиг.4 и 5.
На чертежах фиг.7 и 8 показаны схемы дифференциального усилителя - прототипа (фиг.7), имеющего дополнительные резисторы в эмиттерных цепях входных транзисторов и заявляемого ДУ (фиг.8), соответствующего чертежу фиг.3, в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На чертеже фиг.9 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля сравниваемых схем фиг.7 и 8.
Каскодный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с первым токостабилизирующим двухполюсником 3, первый 4 и второй 5 выходные транзисторы с объединенными базами, эмиттеры которых подключены к соответствующим первому 1 и второму 2 входным транзисторам, а также соединены со вторым 6 и третьим 7 токостабилизирующими двухполюсниками, токовое зеркало 8, вход которого соединен с коллектором первого 4 выходного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 5 выходного транзистора и связан с базой входного транзистора 9 выходного буферного усилителя 10. В схему введен дополнительный транзистор 11, база которого соединена с первым 3 токостабилизирующим двухполюсником, а коллектор подключен ко входу токового зеркала 8.
Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.2, т.е. зависящие от схемотехники ДУ.
Если токи двухполюсников 3, 6 и 7 равны величине 2I0, то токи коллекторов (Iк.i) и токи базы (Iб.i) транзисторов:
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
где Iб.n.=Iэ.ii - ток базы p-n-p транзисторов при эмиттерном токе Iэ.i=I0;
βi - коэффициент усиления по току базы р-n-р транзисторов.
Входной (Iвx.8) и выходной (Iвых.8) токи токового зеркала 8
Figure 00000004
Figure 00000005
где Ki - коэффициент передачи по току подсхемы 8 (Кi=1).
Как следствие, разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину
Figure 00000006
где IБУ - ток базы транзистора 9 эмиттерного повторителя 10.
Для получения нулевого значения разностного тока Iр (4) необходимо, чтобы выполнялось условие
Figure 00000007
Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (5) 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»:
Figure 00000008
где rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 1 и 2.
Поэтому для схемы фиг.2
Figure 00000009
где φт=26 мВ - температурный потенциал.
В ДУ-прототипе Iр=IБУ=Iб.р≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается более чем на порядок больше (Uсм=933 мкВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=11 мкВ).
Компьютерное моделирование схем фиг.4, 5, 7, 8 подтверждает (фиг.6, 9) данные теоретические выводы.
Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США №4151482 fig. 1.
2. Патент США №4151484 fig.4.
3. Патент Франции №2023887.
4. Патент Франции №2066287.
5. Патент Англии №1276375.
6. Патент ЧССР №145528.
7. Патент ЧССР №145526.
8. Патент США №3825724.
9. Патент ФРГ №2039399.
10. Патент Швеции №365675.
11. Достал И. Операционные усилители [Текст] /И.Достал. - М.: Мир, 1982. - С.80, рис.3.15б.
12. Патент США №4406990, fig. 4.

Claims (1)

  1. Каскодный дифференциальный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с первым токостабилизирующим двухполюсником (3), первый (4) и второй (5) выходные транзисторы с объединенными базами, эмиттеры которых подключены к соответствующим первому (1) и второму (2) входным транзисторам, а также соединены со вторым (6) и третьим (7) токостабилизирующими двухполюсниками, токовое зеркало (8), вход которого соединен с коллектором первого (4) выходного транзистора, а выход подключен к коллектору второго (5) выходного транзистора и связан с базой входного транзистора (9) выходного буферного усилителя (10), отличающийся тем, что в схему введен дополнительный транзистор (11), база которого соединена с первым (3) токостабилизирующим двухполюсником, коллектор подключен ко входу токового зеркала (8), причем коллекторный ток дополнительного транзистора (11) определяется суммой токов базы первого (4) и второго (5) выходных транзисторов
    Iк11≈Iб.4+Iб.5,
    где Iб.4, Iб.5 - токи базы первого (4) и второго (5) выходных транзисторов.
RU2009130413/09A 2009-08-07 2009-08-07 Каскодный дифференциальный усилитель RU2408975C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009130413/09A RU2408975C1 (ru) 2009-08-07 2009-08-07 Каскодный дифференциальный усилитель

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009130413/09A RU2408975C1 (ru) 2009-08-07 2009-08-07 Каскодный дифференциальный усилитель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2408975C1 true RU2408975C1 (ru) 2011-01-10

Family

ID=44054756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009130413/09A RU2408975C1 (ru) 2009-08-07 2009-08-07 Каскодный дифференциальный усилитель

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2408975C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450425C1 (ru) * 2011-04-13 2012-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Прецизионный операционный усилитель

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ДОСТАЛ И. Операционные усилители. - М.: Мир, 1982, с.80, рис.3.15б. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450425C1 (ru) * 2011-04-13 2012-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Прецизионный операционный усилитель

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2412535C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2408975C1 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель
RU2416155C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2411637C1 (ru) Прецизионный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2412530C1 (ru) Комплементарный дифференциальный усилитель
RU2416149C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2414808C1 (ru) Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2433523C1 (ru) Прецизионный дифференциальный операционный усилитель
RU2411634C1 (ru) Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2416152C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2411644C1 (ru) Комплементарный дифференциальный усилитель
RU2399151C1 (ru) Дифференциальный усилитель
RU2416150C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2390914C1 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2412528C1 (ru) Каскодный дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2449465C1 (ru) Прецизионный операционный усилитель
RU2402151C1 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель
RU2402156C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2402155C1 (ru) Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2411639C1 (ru) Комплементарный дифференциальный усилитель
RU2402154C1 (ru) Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2411641C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2444119C1 (ru) Прецизионный операционный усилитель
RU2412540C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель
RU2412534C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель

Legal Events

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

Effective date: 20130808