RU2411637C1 - Precision operational amplifier with low voltage of zero shift - Google Patents

Precision operational amplifier with low voltage of zero shift Download PDF

Info

Publication number
RU2411637C1
RU2411637C1 RU2009130264/09A RU2009130264A RU2411637C1 RU 2411637 C1 RU2411637 C1 RU 2411637C1 RU 2009130264/09 A RU2009130264/09 A RU 2009130264/09A RU 2009130264 A RU2009130264 A RU 2009130264A RU 2411637 C1 RU2411637 C1 RU 2411637C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
collector
transistor
output
emitter
Prior art date
Application number
RU2009130264/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Александр Игоревич Серебряков (RU)
Александр Игоревич Серебряков
Андрей Сергеевич Стороженко (RU)
Андрей Сергеевич Стороженко
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 RU2009130264/09A priority Critical patent/RU2411637C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2411637C1 publication Critical patent/RU2411637C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention may be used as device for amplification of analogue signals, in structure of analogue microchips of various functional purpose (for instance, in precision comparators and operational amplifiers (OA) with low values of zero shift electromotive force). Amplifier comprises input differential cascade (DC) (1), the first (2) and second (3) collector outputs of which are connected to emitters of the first (4) and second (5) output transistors (T), the first current-stabilising dipole (CD) (6), connected to emitter circuit (7) of input DC (1) and emitter of the first (8) auxiliary T, the second CD (9), connected to combined bases of the first T (4) and second T (5), current mirror (10), input of which is connected to collector of the first T (4), and output is connected to collector of the second T (5) and input (11), connected to base of input T (12) of buffer amplifier (13). Base of the first T (8) is connected to emitter of the first T (4), and its collector is connected to bases of the first T (4) and the second T (5), besides, input T (12) of buffer amplifier (13) has the same type of conductivity as the first auxiliary T (8).
EFFECT: reduced absolute value of Ucm and its temperature drift.
2 cl, 9 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 прецизионных компараторах и 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 precision comparators and operational amplifiers (op amps) with low values of the emf of zero bias).

В современной микроэлектронике широко используются каскодные дифференциальные усилители (КДУ). Среди них особое место занимают КДУ со следящим питанием, обеспечивающие повышенный коэффициент ослабления входных синфазных сигналов и работу входных транзисторов при малом напряжении коллектор-база в статическом режиме [1-21].In modern microelectronics, cascode differential amplifiers (CDA) are widely used. Among them, a special place is occupied by KDU with servo power supply, providing an increased attenuation coefficient of input common-mode signals and the operation of input transistors at low collector-base voltage in static mode [1-21].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является схема ДУ фиг.1, представленная в патенте фирмы RCA Corporation США №3614645 фиг.2, которая также присутствует в большом числе других патентов [1-21].The closest in technical essence to the claimed technical solution is the remote control scheme of figure 1, presented in the patent of the company RCA Corporation USA No. 3614645 figure 2, which is also present in a large number of other patents [1-21].

Существенный недостаток известного КДУ фиг.1 состоит в том, что он имеет повышенное значение систематической составляющей напряжения смещения нуля (Uсм).A significant disadvantage of the well-known KDU of figure 1 is that it has an increased value of the systematic component of the bias voltage zero (U cm ).

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 прецизионном операционном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1, первый 2 и второй 3 коллекторные выходы которого связаны с эмиттерами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, первый токостабилизирующий двухполюсник 6, связанный с эмиттерной цепью 7 входного дифференциального каскада 1 и эмиттером первого 8 вспомогательного транзистора, второй 9 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с объединенными базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, токовое зеркало 10, вход которого связан с коллектором первого 4 выходного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 5 выходного транзистора и входу 11, связанному с базой входного транзистора 12 буферного усилителя 13, предусмотрены новые элементы и связи - база первого 8 вспомогательного транзистора подключена к эмиттеру первого 4 выходного транзистора, а его коллектор соединен с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, причем входной транзистор 12 буферного усилителя 13 имеет такой же тип проводимости, что и первый 8 вспомогательный транзистор.This object is achieved in that in the precision operational amplifier of figure 1, containing the input differential stage 1, the first 2 and second 3 collector outputs of which are connected to the emitters of the first 4 and second 5 output transistors, the first current-stabilizing two-terminal 6 connected to the emitter circuit 7 of the input differential cascade 1 and emitter of the first 8 auxiliary transistor, the second 9 current-stabilizing bipolar connected to the combined bases of the first 4 and second 5 output transistors, current mirrors about 10, the input of which is connected to the collector of the first 4 output transistor, and the output is connected to the collector of the second 5 output transistor and input 11, connected to the base of the input transistor 12 of the buffer amplifier 13, new elements and communications are provided - the base of the first 8 auxiliary transistor is connected to the emitter the first 4 output transistor, and its collector is connected to the bases of the first 4 and second 5 output transistors, and the input transistor 12 of the buffer amplifier 13 has the same conductivity type as the first 8 auxiliary trans hist.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения. На фиг.3 приведена схема КДУ, соответствующая п.1 и 2 формулы изобретения. Схема фиг.4 также соответствует п.1 и 2 формулы изобретения. Она используется для описания работы заявляемого устройства.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with claim 1 of the claims. Figure 3 shows a diagram of the CDA corresponding to claim 1 and 2 of the claims. The diagram of figure 4 also corresponds to claims 1 and 2 of the claims. It is used to describe the operation of the claimed device.

На фиг.5, 6 показаны схемы дифференциального усилителя-прототипа (фиг.5) и заявляемого КДУ [фиг.6 (п.1 формулы изобретения)] в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».In Fig.5, 6 shows a diagram of the differential amplifier of the prototype (Fig.5) and the claimed CDU [Fig.6 (claim 1)] in the computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.

На фиг.7 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.5 и 6.Figure 7 shows the temperature dependence of the zero bias voltage of the circuits of figures 5 and 6.

На фиг.8 показана схема КДУ, соответствующая п.2 формулы изобретения, в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».On Fig shows a diagram of the CDA, corresponding to claim 2 of the claims, in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.

На фиг.9 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля сравниваемых схем фиг.5 и 8.Figure 9 shows the temperature dependence of the zero bias voltage of the compared circuits of figures 5 and 8.

Прецизионный операционный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1, первый 2 и второй 3 коллекторные выходы которого связаны с эмиттерами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, первый токостабилизирующий двухполюсник 6, связанный с эмиттерной цепью 7 входного дифференциального каскада 1 и эмиттером первого 8 вспомогательного транзистора, второй 9 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с объединенными базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, токовое зеркало 10, вход которого связан с коллектором первого 4 выходного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 5 выходного транзистора и входу 11, связанному с базой входного транзистора 12 буферного усилителя 13. База первого 8 вспомогательного транзистора подключена к эмиттеру первого 4 выходного транзистора, а его коллектор соединен с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, причем входной транзистор 12 буферного усилителя 13 имеет такой же тип проводимости, что и первый 8 вспомогательный транзистор.The precision operational amplifier of FIG. 2 contains an input differential stage 1, the first 2 and second 3 collector outputs of which are connected to the emitters of the first 4 and second 5 output transistors, the first current-stabilizing two-terminal 6 connected to the emitter circuit 7 of the input differential stage 1 and the emitter of the first 8 auxiliary transistor, the second 9 current-stabilizing two-terminal connected to the combined bases of the first 4 and second 5 output transistors, a current mirror 10, the input of which is connected to the collector of the first about 4 output transistors, and the output is connected to the collector of the second 5 output transistor and input 11 connected to the base of the input transistor 12 of the buffer amplifier 13. The base of the first 8 auxiliary transistor is connected to the emitter of the first 4 output transistor, and its collector is connected to the bases of the first 4 and the second 5 output transistors, and the input transistor 12 of the buffer amplifier 13 has the same type of conductivity as the first 8 auxiliary transistor.

В частном случае входной дифференциальный каскад 1 (фиг.2) выполнен на транзисторах 14 и 15.In the particular case of the input differential stage 1 (figure 2) is made on transistors 14 and 15.

В схеме КДУ фиг.3 первый токостабилизирующий двухполюсник 6 связан с первым 8 вспомогательным транзистором через дополнительную цепь согласования потенциалов 16, выполненную в частном случае на p-n-p транзисторе 17.In the KDU circuit of FIG. 3, the first current-stabilizing two-terminal 6 is connected to the first 8 auxiliary transistor through an additional potential matching circuit 16, made in a particular case on the p-n-p transistor 17.

В схеме фиг.4 дополнительный эмиттерный повторитель 16 также реализован на транзисторе 17, а буферный усилитель 13 выполнен на транзисторе 12, токостабилизирующем двухполюснике 18 и цепи смещения потенциалов 19, с помощью которой устанавливается заданный диапазон изменения выходного напряжения КДУ.In the circuit of FIG. 4, an additional emitter follower 16 is also implemented on the transistor 17, and the buffer amplifier 13 is made on the transistor 12, the current-stabilizing two-terminal network 18 and the potential bias circuit 19, by which a predetermined range of variation of the output voltage of the CDD is established.

Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.4, т.е. зависящие только от схемотехники КДУ.Consider the factors determining the systematic component of the bias voltage of zero U cm in the circuit of figure 4, i.e. depending only on the circuitry of the control panel.

Если ток общей эмиттерной цепи 7 КДУ фиг.4 равен величине 2I0, то токи коллекторов транзисторов 14 и 15, токи эмиттеров транзисторов 4 и 5, а также входной (Iвх.10) и выходной (Iвых.10) токи подсхемы 10 находятся по формулам:If the current of the common emitter circuit 7 of the KDU of Fig. 4 is equal to 2I 0 , then the collector currents of transistors 14 and 15, the emitter currents of transistors 4 and 5, as well as the input (I input 10 ) and output (I output 10 ) currents of the subcircuit 10 are found by the formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где Iб.р=Iб.i=Iэ.ii - ток базы n-p-n транзисторов при эмиттерном токе Iэ.i=I0;where I b.p. = I b.i = I e.i / β i is the base current of npn transistors with 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.

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 00000006
Figure 00000006

Подставляя (1)-(5) в (6), находим, что разностный ток в узле «А», определяющий Uсм, близок к нулю:Substituting (1) - (5) in (6), we find that the difference current in the node "A", which determines U cm , is close to zero:

Figure 00000007
Figure 00000007

Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Iр в узле «А» создает Uсм, зависящее от крутизны преобразования входного дифференциального напряжения (uвх) КДУ в выходной ток узла «А»:As a result, this reduces U cm , since the differential current I p in the node “A” creates U cm , which depends on the steepness of the conversion of the input differential voltage (u in ) of the CDU into the output current of the node “A”:

Figure 00000008
Figure 00000008

где rэ15=rэ14 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 15 и 14 дифференциального каскада 1. Поэтому для схем фиг.1 - 4where r e15 = r e14 are the resistance of the emitter junctions of the input transistors 15 and 14 of the differential stage 1. Therefore, for the circuits of figures 1 to 4

Figure 00000009
Figure 00000009

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

В КДУ-прототипе фиг.1 Ip≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается более чем на порядок больше (Uсм.1=2 мВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=21,7 мкВ (фиг.5, 6)).In the CDA prototype of FIG. 1, I p ≠ 0, therefore, the systematic component of U cm is obtained more than an order of magnitude more (U cm 1 = 2 mV) than in the claimed circuit (U cm = 21.7 μV (FIG. 5 , 6)).

Компьютерное моделирование схем фиг.5, 6, 8 подтверждает (фиг.7, 9) данные теоретические выводы.Computer simulation of the circuits of Fig.5, 6, 8 confirms (Fig.7, 9) 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.

Библиографический списокBibliographic list

1. Патент США №3614645, фиг.2.1. US patent No. 3614645, figure 2.

2. Патент Англии №1274672, фиг.2.2. England patent No. 1274672, figure 2.

3. Патент США №3482177.3. US patent No. 3482177.

4. Патент США №3614645.4. US Patent No. 3614645.

5. Патент США №3660773.5. US patent No. 3660773.

6. Патент Англии №1334759.6. Patent of England No. 1334759.

7. Патент ФРГ №1214733.7. Patent of Germany No. 1214733.

8. Патент Франции №1484340.8. French patent No. 1484340.

9. Патент Франции №1584575.9. French patent No. 1584575.

10. Патент Швеции 359989.10. Swedish patent 359989.

11. Авт.св. СССР 970638.11. Autost. USSR 970638.

12. Патент США №3938055.12. US patent No. 3938055.

13. Патентная заявка США №2007/0069815.13. US patent application No. 2007/0069815.

14. Патент США №5332937, фиг.2.14. US patent No. 5332937, figure 2.

15. Патент ФРГ №2039399, фиг.4.15. Germany patent No. 2039399, figure 4.

16. Авт.св. СССР 922698.16. Autost. USSR 922698.

17. Патент Англии №1212342, фиг.117. Patent of England No. 1212342, figure 1

18. Патент ЧССР №145527.18. Patent of Czechoslovakia No. 145527.

19. Патент США №4151483, фиг.3.19. US patent No. 4151483, Fig.3.

20. Патент США №4151484, фиг.3.20. US patent No. 4151484, Fig.3.

21. Патент Франции №2482177.21. French patent No. 2482177.

Claims (2)

1. Прецизионный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля, содержащий входной дифференциальный каскад (1), первый (2) и второй (3) коллекторные выходы которого связаны с эмиттерами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов, первый токостабилизирующий двухполюсник (6), связанный с эмиттерной цепью (7) входного дифференциального каскада (1) и эмиттером первого (8) вспомогательного транзистора, второй (9) токостабилизирующий двухполюсник, связанный с объединенными базами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов, токовое зеркало (10), вход которого связан с коллектором первого (4) выходного транзистора, а выход подключен к коллектору второго (5) выходного транзистора и входу (11), связанному с базой входного транзистора (12) буферного усилителя (13), отличающийся тем, что база первого (8) вспомогательного транзистора подключена к эмиттеру первого (4) выходного транзистора, а его коллектор соединен с базами первого (4) и второго (5) выходных транзисторов, причем входной транзистор (12) буферного усилителя (13) имеет такой же тип проводимости, что и первый (8) вспомогательный транзистор.1. A precision operational amplifier with a low zero bias voltage, containing an input differential stage (1), the first (2) and second (3) collector outputs of which are connected to the emitters of the first (4) and second (5) output transistors, the first current-stabilizing two-terminal device ( 6) connected to the emitter circuit (7) of the input differential stage (1) and the emitter of the first (8) auxiliary transistor, the second (9) current-stabilizing two-terminal connected to the combined bases of the first (4) and second (5) output transistors, a current mirror log (10), the input of which is connected to the collector of the first (4) output transistor, and the output is connected to the collector of the second (5) output transistor and input (11) connected to the base of the input transistor (12) of the buffer amplifier (13), characterized in that the base of the first (8) auxiliary transistor is connected to the emitter of the first (4) output transistor, and its collector is connected to the bases of the first (4) and second (5) output transistors, and the input transistor (12) of the buffer amplifier (13) has such the same type of conductivity as the first (8) auxiliary transi side 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый токостабилизирующий двухполюсник (6) связан с первым (8) вспомогательным транзистором через дополнительную цепь согласования потенциалов (16). 2. The device according to claim 1, characterized in that the first current-stabilizing two-terminal device (6) is connected to the first (8) auxiliary transistor through an additional potential matching circuit (16).
RU2009130264/09A 2009-08-06 2009-08-06 Precision operational amplifier with low voltage of zero shift RU2411637C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009130264/09A RU2411637C1 (en) 2009-08-06 2009-08-06 Precision operational amplifier with low voltage of zero shift

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009130264/09A RU2411637C1 (en) 2009-08-06 2009-08-06 Precision operational amplifier with low voltage of zero shift

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2411637C1 true RU2411637C1 (en) 2011-02-10

Family

ID=46309411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009130264/09A RU2411637C1 (en) 2009-08-06 2009-08-06 Precision operational amplifier with low voltage of zero shift

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2411637C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444119C1 (en) * 2011-03-11 2012-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Precision operational amplifier
RU2450424C1 (en) * 2011-03-17 2012-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Precision operational amplifier

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444119C1 (en) * 2011-03-11 2012-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Precision operational amplifier
RU2450424C1 (en) * 2011-03-17 2012-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Precision operational amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2411637C1 (en) Precision operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2412535C1 (en) Differential operating amplifier
RU2416155C1 (en) Differential operating amplifier
RU2455757C1 (en) Precision operational amplifier
RU2412530C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2449466C1 (en) Precision operational amplifier
RU2416149C1 (en) Differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2365029C1 (en) Cascode difference amplifier with low offset voltage
RU2416152C1 (en) Differential operating amplifier
RU2414808C1 (en) Operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2412528C1 (en) Cascode differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2408975C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2419198C1 (en) Precision operating amplifier
RU2411642C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2416150C1 (en) Differential operating amplifier
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2411644C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2412529C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2390914C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2402154C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2416145C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2402152C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2411639C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2411641C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2416151C1 (en) Differential operating amplifier

Legal Events

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

Effective date: 20130807