RU2411638C1 - Differential operational amplifier with low voltage of zero shift - Google Patents

Differential operational amplifier with low voltage of zero shift Download PDF

Info

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
Application number
RU2009130266/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Андрей Александрович Сильнов (RU)
Андрей Александрович Сильнов
Петр Сергеевич Будяков (RU)
Петр Сергеевич Будяков
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 RU2009130266/09A priority Critical patent/RU2411638C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2411638C1 publication Critical patent/RU2411638C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention may be used as device for amplification of analog signals, in structure of analog microchips of various functional purpose (for instance, in comparators and precision operational amplifiers (OA) with low values of zero shift electromotive force). Differential operational amplifier with low voltage of zero shift comprises the first (1) and second (2) input transistors, between emitters of which a resistor (3) of local negative feedback is connected, the first current-stabilising dipole (CD) (4), connected to emitter of the first T (1), the second CD (5), current mirror (6), input of which is connected to collector of the first T (1), and output is connected to collector of the second T (2) and base of input T (7) of output emitter repeater, the third CD (8), related to output of device (9) and emitter T (7). Circuit includes auxiliary T (10), collector of which is connected to emitter of the second T (2), and emitter is connected to the second CD (5), and base is connected to circuit of potentials shift (11).
EFFECT: reduced absolute value of Ucm and its temperature drift.
4 cl, 11 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 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 negative feedback resistor 3 is connected, the first current-stabilizing two-terminal 4 connected to the emitter of the first 1 input transistor, the second current-stabilizing two-terminal 5 , a current mirror 6, 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 the base of the input transistor 7 of the output emitter a second repeater, a third current-stabilizing two-terminal device 8, connected to the output of the device 9 and the emitter of the transistor 7 of the output emitter repeater, new elements and communications are provided - an auxiliary transistor 10 is inserted into the circuit, the collector of which is connected to the emitter of the second 2 input transistor, the emitter is connected to the second 5 current-stabilizing bipolar, and the base is connected to a potential bias circuit 11.

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 claim 1 of the claims.

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 potentials 11 corresponding to claim 3 (figure 4) and claim 4 (figure 5) of the claims.

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 claim 3 of the claims.

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 negative feedback resistor 3 is included, a first current-stabilizing two-terminal 4 connected to an emitter of the first 1 input transistor, a second current-stabilizing two-terminal 5, a current mirror 6, the input of which is connected with the collector of the first 1 input transistor, and the output is connected to the collector of the second 2 input transistor and the base of the input transistor 7 of the output emitter follower, the third is current-stabilizing the first two-terminal 8 connected to the output of the device 9 and the emitter of the transistor 7 of the output emitter follower. An auxiliary transistor 10 is introduced into the circuit, the collector of which is connected to the emitter of the second 2 input transistor, the emitter is connected to the second 5 current-stabilizing bipolar, and the base is connected to the potential bias circuit 11.

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 potentials 12 and 13, implemented on the basis of various two-terminal devices, is introduced into the circuit of Fig. 2.

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-terminal devices 4, 5 and 8 based on auxiliary transistors 14, 15, 16 and resistors 17, 18, 19, in accordance with claim 2, a thermo-radiation compensation transistor 20 is introduced. the mode of transistors 14, 15, 16 along the base circuit is set by the auxiliary power source 21.

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 claim 3, the potential bias circuit 11 is implemented based on the first additional transistor 22, and the base of the first additional transistor 22 is connected to the emitter of the second 2 input transistor, and its emitter is the output of the potential bias circuit 11 and connected to the base of the auxiliary transistor 10.

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 claim 4, the potential bias circuit 11 is implemented based on the second 23 additional transistor, the base of the second 23 additional transistor connected to the base of the second 2 input transistor, and the emitter is the output of the potential bias circuit 11 and connected to the base of the auxiliary transistor 10.

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-terminal 4, 5 and 8 are equal to 10, then the currents of the collectors of transistors 1, 10 and 2:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где Iб.р=Iэ.ii - 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 npn transistors 1, 2, 10, 7 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.6 и выходной Iвых.6 токи токового зеркала 6Input I input 6 and output I output 6 currents of the current mirror 6

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где Ki=1 - модуль коэффициента передачи по току токового зеркала 6.where K i = 1 - modulus of the current transfer coefficient of the current mirror 6.

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:

Figure 00000006
Figure 00000006

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 transistor 7 of the output emitter follower.

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”:

Figure 00000007
Figure 00000007

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

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

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

Figure 00000008
Figure 00000008

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 transistor 20 is provided in the circuit of FIG. 3, which is in the closed state. However, the current through its pn junction to the substrate, which increases significantly at high temperatures (or during radiation exposure), compensates for the corresponding current to the substrate through the pn junction of transistor 10. This significantly reduces the derivative dU cm / dT at t °> 80 ° C (Fig. 8).

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)

1. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля, содержащий 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, отличающийся тем, что 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).1. A differential operational amplifier with a low zero bias voltage, containing the first (1) and second (2) input transistors, between the emitters of which a local negative feedback resistor (3) is connected, the first current-stabilizing two-terminal device (4) connected to the emitter of the first (1) ) an input transistor, a second current-stabilizing two-terminal device (5), a current mirror (6), 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 the base of the input transistor (7) one emitter follower, the third current-stabilizing two-terminal (8) connected to the output of the device (9) and the emitter of the transistor (7) of the output emitter follower, characterized in that an auxiliary transistor (10) is inserted into the circuit, the collector of which is connected to the emitter of the second (2) of the input transistor, the emitter is connected to the second (5) current-stabilizing bipolar, and the base is connected to the potential bias circuit (11). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в схему введен транзистор терморадиационной компенсации (20), коллектор которого соединен с эмиттером первого (1) входного транзистора, а объединенные эмиттер и база связаны с цепью смещения потенциалов (11).2. The device according to claim 1, characterized in that a thermo-radiation compensation transistor (20) is introduced into the circuit, the collector of which is connected to the emitter of the first (1) input transistor, and the combined emitter and base are connected to the potential bias circuit (11). 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что 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).3. The device according to claim 1, characterized in that the potential bias circuit (11) is implemented based on the first additional transistor (22), and the base of the first additional transistor (22) is connected to the emitter of the second (2) input transistor, and its emitter is the output of the potential bias circuit (11) and is connected to the base of the auxiliary transistor (10). 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что 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). 4. The device according to claim 1, characterized in that the potential bias circuit (11) is based on the second (23) additional transistor, the base of the second (23) additional transistor connected to the base of the second (2) input transistor, and the emitter is the output potential bias circuit (11) and is connected to the base of the auxiliary transistor (10).
RU2009130266/09A 2009-08-06 2009-08-06 Differential operational amplifier with low voltage of zero shift RU2411638C1 (en)

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)

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