RU2411638C1 - Differential operational amplifier with low voltage of zero shift - Google Patents
Differential operational amplifier with low voltage of zero shift Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411638C1 RU2411638C1 RU2009130266/09A RU2009130266A RU2411638C1 RU 2411638 C1 RU2411638 C1 RU 2411638C1 RU 2009130266/09 A RU2009130266/09 A RU 2009130266/09A RU 2009130266 A RU2009130266 A RU 2009130266A RU 2411638 C1 RU2411638 C1 RU 2411638C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- transistor
- input
- base
- output
- 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.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. Предлагаемое 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 present invention relates to this type of remote control.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ДУ фиг.1, представленная в патенте США №5365191, fig.9, которая также присутствует в большом числе других патентов, имеющих в качестве цепи нагрузки входных транзисторов управляемые токовые зеркала [1-7].The closest in technical essence to the claimed technical solution is the classical scheme of the remote control of FIG. 1, presented in US patent No. 5365191, fig.9, which is also present in a large number of other patents having controllable current mirrors as a load circuit of input transistors [1- 7].
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 токостабилизирующий двухполюсник 4, связанный с эмиттером первого 1 входного транзистора, второй токостабилизирующий двухполюсник 5, токовое зеркало 6, вход которого связан с коллектором первого 1 входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 2 входного транзистора и базе входного транзистора 7 выходного эмиттерного повторителя, третий токостабилизирующий двухполюсник 8, связанный с выходом устройства 9 и эмиттером транзистора 7 выходного эмиттерного повторителя, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен вспомогательный транзистор 10, коллектор которого подключен к эмиттеру второго 2 входного транзистора, эмиттер соединен со вторым 5 токостабилизирующим двухполюсником, а база связана с цепью смещения потенциалов 11.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
Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.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
Схема фиг.3 соответствует п.1 и п.2 формулы изобретения. На чертежах фиг.4, 5 показаны варианты построения цепи смещения потенциалов 11, соответствующей п.3 (фиг.4) и п.4 (фиг.5) формулы изобретения.The scheme of figure 3 corresponds to claim 1 and claim 2 of the claims. In the drawings of figures 4, 5 show the options for constructing a bias circuit of
На чертеже фиг.6 показаны схемы 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, 7.The drawing of Fig.8 shows the temperature dependence of the zero bias voltage of the circuits of Fig.6, 7.
На чертеже фиг.9 приведена схема фиг.1 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», которая сравнивается со схемой заявляемого ДУ фиг.10, соответствующей п.3 формулы изобретения.The drawing of Fig. 9 shows a diagram of Fig. 1 in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP "Pulsar", which is compared with the circuit of the claimed control unit of Fig. 10, corresponding to
На чертеже фиг.11 показана зависимость Uсм=f(t°) схем фиг.9 и 10.The drawing of Fig.11 shows the dependence of U cm = f (t °) schemes of Figures 9 and 10.
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор 3 местной отрицательной обратной связи, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, связанный с эмиттером первого 1 входного транзистора, второй токостабилизирующий двухполюсник 5, токовое зеркало 6, вход которого связан с коллектором первого 1 входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 2 входного транзистора и базе входного транзистора 7 выходного эмиттерного повторителя, третий токостабилизирующий двухполюсник 8, связанный с выходом устройства 9 и эмиттером транзистора 7 выходного эмиттерного повторителя. В схему введен вспомогательный транзистор 10, коллектор которого подключен к эмиттеру второго 2 входного транзистора, эмиттер соединен со вторым 5 токостабилизирующим двухполюсником, а база связана с цепью смещения потенциалов 11.The differential amplifier of Fig. 2 contains a first 1 and a second 2 input transistors, between the emitters of which a local
В частном случае в схему фиг.2 введены цепи смещения потенциалов 12 и 13, реализуемые на основе различных двухполюсников.In a particular case, the bias circuit of
На чертеже фиг.3, имеющем практическую реализацию двухполюсников 4, 5 и 8 на основе вспомогательных транзисторов 14, 15, 16 и резисторов 17, 18, 19, в соответствии с п.2 формулы изобретения, введен транзистор терморадиационной компенсации 20. При этом статический режим транзисторов 14, 15, 16 по цепи базы устанавливается вспомогательным источником питания 21.In the drawing of FIG. 3, having a practical implementation of two-
На чертеже фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, цепь смещения потенциалов 11 реализована на основе первого дополнительного транзистора 22, причем база первого дополнительного транзистора 22 соединена с эмиттером второго 2 входного транзистора, а его эмиттер является выходом цепи смещения потенциалов 11 и подключен к базе вспомогательного транзистора 10.In the drawing of FIG. 4, in accordance with
На чертеже фиг.5, в соответствии с п.4 формулы изобретения, цепь смещения потенциалов 11 реализована на основе второго 23 дополнительного транзистора, причем база второго 23 дополнительного транзистора соединена с базой второго 2 входного транзистора, а эмиттер является выходом цепи смещения потенциалов 11 и подключен к базе вспомогательного транзистора 10.In the drawing of FIG. 5, in accordance with
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.
Если токи двухполюсников 4, 5 и 8 равны величине 10, то токи коллекторов транзисторов 1, 10 и 2:If the currents of two-
где Iб.р=Iэ.i/βi - ток базы n-p-n транзисторов 1, 2, 10, 7 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 транзисторов.β i is the current gain of the base of npn transistors.
Входной Iвх.6 и выходной Iвых.6 токи токового зеркала 6Input I input 6 and output I output 6 currents of the
где Ki=1 - модуль коэффициента передачи по току токового зеркала 6.where K i = 1 - modulus of the current transfer coefficient of the
Как следствие, разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину и токе двухполюсника 8 I8=I0 близка к нулю:As a result, the current difference in the node "A" when it is shorted to the equipotential common bus and the current of the two-terminal 8 I 8 = I 0 is close to zero:
где Iб.7=Iб.р - ток базы n-p-n транзистора 7 выходного эмиттерного повторителя.where I b.7 = I b.r - base current npn of the
Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (6) уменьшается систематическая составляющая Uсм. 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»:Thus, in the inventive device, when condition (6) is satisfied, the systematic component U cm decreases. 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”:
где rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 1 и 2,where r e1 = r e2 - resistance of the emitter junctions of the
R3 - сопротивление двухполюсника 3.R 3 - resistance of a two-
Поэтому для схемы фиг.2Therefore, for the circuit of FIG. 2
где φT=26 мВ - температурный потенциал.where φ T = 26 mV is the temperature potential.
В ДУ-прототипе Iр≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается более чем на порядок больше, чем в заявляемой схеме (фиг.8, 11).In the remote control prototype I p ≠ 0, therefore, here the systematic component U cm is obtained more than an order of magnitude more than in the claimed scheme (Fig. 8, 11).
Компьютерное моделирование схем фиг.6, 7, 9, 10 подтверждает (фиг.8, 11) данные теоретические выводы.Computer simulation of the circuits of Fig.6, 7, 9, 10 confirms (Fig.8, 11) these theoretical conclusions.
Для минимизации Uсм при повышенных температурах (t°>80°C) в схеме фиг.3 предусмотрен транзистор 20, 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 10. Это существенно уменьшает производную dUсм/dT при t°>80°С (фиг.8).To minimize U cm at elevated temperatures (t °> 80 ° C), a
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 №4636743, fig.1.1. US patent No. 4636743, fig. 1.
2. Патент США №5828242, fig.5.2. U.S. Patent No. 5,828,242, fig. 5.
3. Патент США №5365191, fig.9.3. US Patent No. 5365191, fig. 9.
4. Патент США №4636744.4. US patent No. 4636744.
5. Патент США №6281752, fig.5a.5. US Patent No. 6,281,752, fig. 5a.
6. Патент США №4783637.6. US patent No. 4783637.
7. Патент США №4757275, fig.2.7. US patent No. 4757275, fig.2.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009130266/09A RU2411638C1 (en) | 2009-08-06 | 2009-08-06 | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009130266/09A RU2411638C1 (en) | 2009-08-06 | 2009-08-06 | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2411638C1 true RU2411638C1 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009130266/09A RU2411638C1 (en) | 2009-08-06 | 2009-08-06 | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2411638C1 (en) |
-
2009
- 2009-08-06 RU RU2009130266/09A patent/RU2411638C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2411638C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2402154C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2416152C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2411634C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411641C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2433523C1 (en) | Precision differential operational amplifier | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2416150C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2402155C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2621289C1 (en) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain | |
RU2416151C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2402152C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411635C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2401507C1 (en) | Buffer amplifier with low zero-shift voltage | |
RU2368063C1 (en) | Active load of differential amplifiers | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2414807C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2421884C1 (en) | Differential operational amplifier with low zero offset voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130807 |