RU2411635C1 - Differential amplifier - Google Patents

Differential amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2411635C1
RU2411635C1 RU2009129669/09A RU2009129669A RU2411635C1 RU 2411635 C1 RU2411635 C1 RU 2411635C1 RU 2009129669/09 A RU2009129669/09 A RU 2009129669/09A RU 2009129669 A RU2009129669 A RU 2009129669A RU 2411635 C1 RU2411635 C1 RU 2411635C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
input
collector
transistor
stabilizing
Prior art date
Application number
RU2009129669/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Александр Игоревич Серебряков (RU)
Александр Игоревич Серебряков
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 RU2009129669/09A priority Critical patent/RU2411635C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2411635C1 publication Critical patent/RU2411635C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: differential amplifier comprises the first (1) and second (2) input transistors (T), between emitters of which a resistor (3) of local negative feedback is connected, the first - third current-stabilising T (4 - 6), emitters of which are connected to bus of supply source (7) via the first - third current-stabilising dipoles (8 - 10), collector of the first T (4) is connected to emitter of the first T (1), collector of the second T (5) is connected to emitter of the second T (2), bases of the first T (4) and second T (5) are connected to circuit of potentials shift (11), current mirror (12), input of which is connected to collector of the first T (1), and output is connected to collector of the second T (2) and is connected to base of input T (13) of output buffer amplifier (14), besides, collector of the third T (6) is connected to output buffer amplifier (14). Circuit comprises additional current mirror (15), input of which is connected to base of the third T (6), and output is connected to emitter of the second T (5), besides, type of conductivity of input T (13) of output buffer amplifier (14) matches type of conductivity of the first T (4) and second T (5).
EFFECT: reduced absolute value of Ucm 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 (OA) with small values of the emf of zero bias).

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенными различными параметрами.In modern electronic equipment, differential amplifiers (DU) with significant different parameters are used.

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. Предполагаемое изобретение относится к данному типу ДУ.A special place is occupied by differential amplifiers (DU) with local negative feedback, which is provided by a resistor connected between the emitters of the input transistors of the DU. Such remote controls are used in high-speed operational amplifiers and are characterized by an extended range of linear operation. The alleged 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 №5.365.191, которая также присутствует в большом числе других патентов, например, имеющих в качестве цепи нагрузки входных транзисторов управляемые токовые зеркала [1-6].The closest in essence to the claimed technical solution is the classical scheme DU of FIG. 1, presented in US patent No. 5.365.191, which is also present in a large number of other patents, for example, having controlled current mirrors as a load circuit of input transistors [1-6 ].

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, второй 5 и третий 6 токостабилизирующие транзисторы, эмиттеры которых соединены с шиной источника питания 7 через первый 8, второй 9 и третий 10 токостабилизирующие двухполюсники, коллектор первого 4 токостабилизирующего транзистора подключен к эмиттеру первого 1 входного транзистора, коллектор второго 5 токостабилизирующего транзистора соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, базы первого 4 и второго 5 токостабилизирующих транзисторов подключены к цепи смещения потенциалов 11, токовое зеркало 12, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 2 входного транзистора и связан с базой входного транзистора 13 выходного буферного усилителя 14, причем коллектор третьего 6 токостабилизирующего транзистора связан с выходным буферным усилителем, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введено дополнительное токовое зеркало 15, вход которого соединен с базой третьего 6 токостабилизирующего транзистора, а выход подключен к эмиттеру второго 5 токостабилизирующего транзистора, причем тип проводимости входного транзистора 13 выходного буферного усилителя 14 совпадает с типом проводимости первого 4 и второго 5 токостабилизирующих 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 local negative feedback resistor 3 is connected, the first 4, second 5 and third 6 are current-stabilizing transistors, the emitters of which are connected to the source bus power supply 7 through the first 8, second 9 and third 10 current-stabilizing two-terminal, the collector of the first 4 current-stabilizing transistor is connected to the emitter of the first 1 input transistor, the collector of the second 5 current-stabilizing the transistor is connected to the emitter of the second 2 input transistor, the base of the first 4 and second 5 current-stabilizing transistors are connected to the potential bias circuit 11, the current mirror 12, the input of which is connected to the collector of the first 1 input transistor, and the output is connected to the collector of the second 2 input transistor and is connected to the base of the input transistor 13 of the output buffer amplifier 14, and the collector of the third 6 current stabilizing transistor is connected to the output buffer amplifier, new elements and communications are provided - in the input circuit of additional current mirror 15, whose input is connected to the base of the third transistor tokostabiliziruyuschego 6, and an output connected to an emitter of the second transistor tokostabiliziruyuschego 5, wherein the conductivity type of the input transistor 13 of the output buffer amplifier 14 coincides with the conduction type of the first 4 and second 5 tokostabiliziruyuschih 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 a computer simulation environment 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 schemes 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, второй 5 и третий 6 токостабилизирующие транзисторы, эмиттеры которых соединены с шиной источника питания 7 через первый 8, второй 9 и третий 10 токостабилизирующие двухполюсники, коллектор первого 4 токостабилизирующего транзистора подключен к эмиттеру первого 1 входного транзистора, коллектор второго 5 токостабилизирующего транзистора соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, базы первого 4 и второго 5 токостабилизирующих транзисторов подключены к цепи смещения потенциалов 11, токовое зеркало 12, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 2 входного транзистора и связан с базой входного транзистора 13 выходного буферного усилителя 14, причем коллектор третьего 6 токостабилизирующего транзистора связан с выходным буферным усилителем. В схему введено дополнительное токовое зеркало 15, вход которого соединен с базой третьего 6 токостабилизирующего транзистора, а выход подключен к эмиттеру второго 5 токостабилизирующего транзистора, причем тип проводимости входного транзистора 13 выходного буферного усилителя 14 совпадает с типом проводимости первого 4 и второго 5 токостабилизирующих транзисторов.The differential amplifier of figure 2 contains the first 1 and second 2 input transistors between the emitters of which are included a local negative feedback resistor 3, the first 4, second 5 and third 6 current-stabilizing transistors, the emitters of which are connected to the power supply bus 7 through the first 8, second 9 and the third 10 current-stabilizing two-pole, the collector of the first 4 current-stabilizing transistor is connected to the emitter of the first 1 input transistor, the collector of the second 5 current-stabilizing transistor is connected to the emitter of the second 2 input one transistor, the base of the first 4 and second 5 current-stabilizing transistors are connected to the potential bias circuit 11, the current mirror 12, the input of which is connected to the collector of the first 1 input transistor, and the output is connected to the collector of the second 2 input transistor and connected to the base of the input transistor 13 of the output buffer an amplifier 14, wherein the collector of the third 6 current stabilizing transistor is connected to the output buffer amplifier. An additional current mirror 15 is introduced into the circuit, the input of which is connected to the base of the third 6 current-stabilizing transistor, and the output is connected to the emitter of the second 5 current-stabilizing transistor, and the conductivity type of the input transistor 13 of the output buffer amplifier 14 is the same as the conductivity type of the first 4 and second 5 current-stabilizing transistors.

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.

Выходной ток токового зеркала 15 зависит от тока базы транзистора 6 Iвых.15=Iб.р.The output current of the current mirror 15 depends on the base current of the transistor 6 I out.15 = I bp

Если токи двухполюсников 8, 9 и 10 равны величине I0, то токи коллекторов транзисторов 4 и 5:If the currents of the two-terminal circuits 8, 9 and 10 are equal to the value I 0 , then the collector currents of the transistors 4 and 5:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где Iб.р=Iэ.i/βi - ток базы n-p-n транзисторов схемы при эмиттерном токе Iэ.i=I0;where I bp = I e . i / β i is the base current npn of the transistors of the circuit at an emitter current I e.i = I 0 ;

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

Входной Iвх.12 и выходной Iвых.12 - токи токового зеркала 12Input I input 12 and output I output 12 - currents of the current mirror 12

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где Ki=1 - модуль коэффициента передачи по току токового зеркала 12.where K i = 1 - modulus of the current transfer coefficient of the current mirror 12.

Следовательно, эмиттерные и коллекторные токи транзисторов 1 и 2:Therefore, the emitter and collector currents of the transistors 1 and 2:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

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

Figure 00000009
Figure 00000009

где Iб.13=Iб.р - ток базы n-p-n транзистора 13 эмиттерного повторителя 14.where I b.13 = I b.r - base current npn of the transistor 13 of the emitter follower 14.

Подставляя (1)÷(8) в (9) находим, что разностный ток, определяющий Uсм Substituting (1) ÷ (8) in (9) we find that the difference current determining U cm

Figure 00000010
Figure 00000010

Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Ip в узле «A» создает Uсм, зависящее от крутизны S преобразования входного дифференциального напряжения uвх ДУ в выходной ток узла «A»: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 S of the conversion of the input differential voltage u in the remote control into the output current of the node “A”:

Figure 00000011
Figure 00000011

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

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

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

Figure 00000012
Figure 00000012

где φт=26 мВ - температурный потенциал.where φ t = 26 mV is the temperature potential.

В ДУ-прототипе Ip≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается на два порядка больше (Uсм=-8,5 мВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=-53,5 мкВ).In the remote control prototype I p ≠ 0, therefore, here the systematic component U cm is two orders of magnitude greater (U cm = -8.5 mV) than in the claimed circuit (U cm = -53.5 μV).

Компьютерное моделирование схем фиг.3, фиг.4 подтверждает (фиг.5) данные теоретические выводы.Computer simulation of the circuits 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.

ЛитератураLiterature

1. Патент США №4.636.743 fig.1;1. US Patent No. 4,636.743 fig. 1;

2. Патент США №5.828.242 fig.5;2. US Patent No. 5,828,242 fig. 5;

3. Патент США №5.365.191 fig.9;3. US Patent No. 5,365,191 fig. 9;

4. Патент США №4.636.744;4. US Patent No. 4,636.744;

5. Патент США №6.281.752 fig.5a;5. US Patent No. 6,281.752 fig.5a;

6. Патент США №4.783.637.6. US patent No. 4.783.637.

Claims (1)

Дифференциальный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор (3) местной отрицательной обратной связи, первый (4), второй (5) и третий (6) токостабилизирующие транзисторы, эмиттеры которых соединены с шиной источника питания (7) через первый (8), второй (9) и третий (10) токостабилизирующие двухполюсники, коллектор первого (4) токостабилизирующего транзистора подключен к эмиттеру первого (1) входного транзистора, коллектор второго (5) токостабилизирующего транзистора соединен с эмиттером второго (2) входного транзистора, базы первого (4) и второго (5) токостабилизирующих транзисторов подключены к цепи смещения потенциалов (11), токовое зеркало (12), вход которого соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго (2) входного транзистора и связан с базой входного транзистора (13) выходного буферного усилителя (14), причем коллектор третьего (6) токостабилизирующего транзистора связан с выходным буферным усилителем, отличающийся тем, что в схему введено дополнительное токовое зеркало (15), вход которого соединен с базой третьего (6) токостабилизирующего транзистора, а выход подключен к эмиттеру второго (5) токостабилизирующего транзистора, причем тип проводимости входного транзистора (13) выходного буферного усилителя (14) совпадает с типом проводимости первого (4) и второго (5) токостабилизирующих 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), second (5) and third (6) current-stabilizing transistors whose emitters are connected to the power supply bus (7) through the first (8), second (9) and third (10) current-stabilizing two-terminal circuits, the collector of the first (4) current-stabilizing transistor is connected to the emitter of the first (1) input transistor, the collector of the second (5) current-stabilizing transistor is connected to emitter the second (2) input transistor, the base of the first (4) and second (5) current-stabilizing transistors are connected to the potential bias circuit (11), the current mirror (12), the input of which is connected to the collector of the first (1) input transistor, and the output is connected to the collector of the second (2) input transistor and connected to the base of the input transistor (13) of the output buffer amplifier (14), and the collector of the third (6) current-stabilizing transistor is connected to the output buffer amplifier, characterized in that an additional current mirror (15) is introduced into the circuit , in One of which is connected to the base of the third (6) current-stabilizing transistor, and the output is connected to the emitter of the second (5) current-stabilizing transistor, and the conductivity type of the input transistor (13) of the output buffer amplifier (14) coincides with the type of conductivity of the first (4) and second (5 ) current-stabilizing transistors.
RU2009129669/09A 2009-08-03 2009-08-03 Differential amplifier RU2411635C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129669/09A RU2411635C1 (en) 2009-08-03 2009-08-03 Differential amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129669/09A RU2411635C1 (en) 2009-08-03 2009-08-03 Differential amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2411635C1 true RU2411635C1 (en) 2011-02-10

Family

ID=46309409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129669/09A RU2411635C1 (en) 2009-08-03 2009-08-03 Differential amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2411635C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2411635C1 (en) Differential amplifier
RU2411637C1 (en) Precision operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2412530C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2411634C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2411641C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2439780C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2411636C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2414808C1 (en) Operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2402154C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2416152C1 (en) Differential operating amplifier
RU2365029C1 (en) Cascode difference amplifier with low offset voltage
RU2408975C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2293433C1 (en) Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal
RU2419198C1 (en) Precision operating amplifier
RU2399151C1 (en) Differential amplifier
RU2412528C1 (en) Cascode differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2412529C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2402152C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2411638C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2432666C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2402155C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2402156C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2416151C1 (en) Differential operating amplifier
RU2416145C1 (en) Cascode differential amplifier

Legal Events

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

Effective date: 20130804