RU2411639C1 - Complementary differential amplifier - Google Patents

Complementary differential amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2411639C1
RU2411639C1 RU2009130271/09A RU2009130271A RU2411639C1 RU 2411639 C1 RU2411639 C1 RU 2411639C1 RU 2009130271/09 A RU2009130271/09 A RU 2009130271/09A RU 2009130271 A RU2009130271 A RU 2009130271A RU 2411639 C1 RU2411639 C1 RU 2411639C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
emitter
collector
output
auxiliary
Prior art date
Application number
RU2009130271/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Петр Сергеевич Будяков (RU)
Петр Сергеевич Будяков
Сергей Анатольевич Морозов (RU)
Сергей Анатольевич Морозов
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 RU2009130271/09A priority Critical patent/RU2411639C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2411639C1 publication Critical patent/RU2411639C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: complementary differential amplifier comprises the first (1) and second (2) input transistors (T), collectors of which are connected to collector of the first (3) auxiliary T, the first (4) and second (5) output T, bases of which are combined and connected to collector of the second (6) auxiliary T and the first (7) current-stabilising dipole (CD), emitter of the first T (1) is connected to emitter of the first T (4), emitter of the second T (2) is connected to emitter of the second T (5), current mirror (8), input of which is connected to collector of the first T (4), and output is connected to collector of the second T (5) and is connected to base of the third T (9), emitter of which is connected to the second CD (10) and is connected to output of device, besides, bases of the first T (3) and second T (6) are connected to each other. Circuit includes additional T (11), base of which is connected to collector of the first T (3), emitter is connected to bases of the first T (3) and second T (6), and collector is connected to input of current mirror (8).
EFFECT: reduced absolute value of Ucm and its temperature drift.
3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, прецизионных операционных усилителях (ОУ)).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals with a wide dynamic range in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, precision operational amplifiers (op amps)).

Существует несколько базовых архитектур дифференциальных каскадов (ДК). Одна из них (фиг.1), которая относится к классической архитектуре, была впервые использована в операционном усилителе µА741.There are several basic differential cascade (DK) architectures. One of them (Fig. 1), which relates to classical architecture, was first used in the operational amplifier µA741.

Известны схемы дифференциальных усилителей (ДУ) на n-p-n и р-n-р транзисторах с так называемой «архитектурой входного каскада операционного усилителя µА741» [1-7]. На их модификации выдано более 50 патентов для ведущих микроэлектронных фирм мира. Дифференциальные усилители данного класса, наряду с типовым параллельно-балансным каскадом, стали основным усилительным элементом многих аналоговых интерфейсов. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.There are known schemes of differential amplifiers (ДУ) on n-p-n and p-n-p transistors with the so-called "architecture of the input stage of the operational amplifier µA741" [1-7]. Over 50 patents have been issued for their modifications for leading microelectronic companies in the world. Differential amplifiers of this class, along with a typical parallel-balanced cascade, have become the main amplifying element of many analog interfaces. The present invention relates to this subclass of devices.

Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ДУ фиг.1, представленная в патенте фирмы Motorola США №4.030.044, которая также присутствует в большом числе других патентов, например [1-7].The closest in essence to the claimed technical solution is the classic scheme of remote control of figure 1, presented in the patent of Motorola USA No. 4.030.044, which is also present in a large number of other patents, for example [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, коллекторы которых подключены к коллектору первого 3 вспомогательного транзистора, первый 4 и второй 5 выходные транзисторы, базы которых объединены и подключены к коллектору второго 6 вспомогательного транзистора и первому 7 токостабилизирующему двухполюснику, эмиттер первого 1 входного транзистора соединен с эмиттером первого 4 выходного транзистора, эмиттер второго 2 входного транзистора соединен с эмиттером второго 5 выходного транзистора, 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 третьего 9 вспомогательного транзистора, эмиттер которого подключен ко второму 10 токостабилизирующему двухполюснику и связан с выходом устройства, причем базы первого 3 и второго 6 вспомогательных транзисторов связаны друг с другом, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 11, база которого подключена к коллектору первого 3 вспомогательного транзистора, эмиттер соединен с базами первого 3 и второго 6 вспомогательных транзисторов, а коллектор подключен ко входу токового зеркала 8.This object is achieved in that in the differential amplifier of figure 1, containing the first 1 and second 2 input transistors, the collectors of which are connected to the collector of the first 3 auxiliary transistors, the first 4 and second 5 output transistors, the bases of which are combined and connected to the collector of the second 6 auxiliary the transistor and the first 7 current-stabilizing bipolar, the emitter of the first 1 input transistor is connected to the emitter of the first 4 output transistor, the emitter of the second 2 input transistor is connected to the emitter the second 5 output transistor, a current mirror 8, 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 connected to the base of the third 9 auxiliary transistor, the emitter of which is connected to the second 10 current-stabilizing two-terminal device and connected to the output of the device moreover, the bases of the first 3 and second 6 auxiliary transistors are connected to each other, new elements and connections are provided - an additional transistor 11 is introduced into the circuit, the base of which is connected to the collector of the first 3 auxiliary transistors, the emitter is connected to the bases of the first 3 and second 6 auxiliary transistors, and the collector is connected to the input of the current mirror 8.

Схема усилителя-прототипа представлена на фиг.1. На фиг.2 показано заявляемое устройство в соответствии с п.1 формулы изобретения.The amplifier circuit of the prototype is presented in figure 1. Figure 2 shows the inventive device in accordance with claim 1 of the claims.

На фиг.3 представлена схема ДУ, соответствующая п.1, п.2 и п.3 формулы изобретения.Figure 3 presents the scheme of remote control corresponding to claim 1, claim 2 and claim 3 of the claims.

На 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». Для более эффективного сравнения известного и заявляемого устройств токовые зеркала в их коллекторных цепях выполнены по одинаковой схеме. При этом можно показать, что свойства схемы фиг.4 по величине Uсм такие же, как и ДУ фиг.1.Figures 4 and 5 show the schemes of a differential amplifier - a prototype (Fig. 4) and the claimed remote control (Fig. 5) in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar. For a more efficient comparison of the known and the claimed devices, current mirrors in their collector circuits are made in the same way. In this case, it can be shown that the properties of the circuit of FIG. 4 in terms of U cm are the same as those of FIG. 1.

На фиг.6 приведена схема заявляемого устройства, соответствующая п.1, п.2 и п.3 формулы изобретения, совпадающая с фиг.3.In Fig.6 shows a diagram of the inventive device corresponding to claim 1, claim 2 and claim 3 of the claims, coinciding with figure 3.

На фиг.7 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.4, фиг.5.Figure 7 shows the temperature dependence of the zero bias voltage of the circuits of figure 4, figure 5.

Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, коллекторы которых подключены к коллектору первого 3 вспомогательного транзистора, первый 4 и второй 5 выходные транзисторы, базы которых объединены и подключены к коллектору второго 6 вспомогательного транзистора и первому 7 токостабилизирующему двухполюснику, эмиттер первого 1 входного транзистора соединен с эмиттером первого 4 выходного транзистора, эмиттер второго 2 входного транзистора соединен с эмиттером второго 5 выходного транзистора, 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 третьего 9 вспомогательного транзистора, эмиттер которого подключен ко второму 10 токостабилизирующему двухполюснику и связан с выходом устройства, причем базы первого 3 и второго 6 вспомогательных транзисторов связаны друг с другом. В схему введен дополнительный транзистор 11, база которого подключена к коллектору первого 3 вспомогательного транзистора, эмиттер соединен с базами первого 3 и второго 6 вспомогательных транзисторов, а коллектор подключен ко входу токового зеркала 8.The differential amplifier of figure 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, the collectors of which are connected to the collector of the first 3 auxiliary transistors, the first 4 and second 5 output transistors, the bases of which are combined and connected to the collector of the second 6 auxiliary transistor and the first 7 current-stabilizing two-terminal, emitter the first 1 input transistor is connected to the emitter of the first 4 output transistor, the emitter of the second 2 input transistor is connected to the emitter of the second 5 output transistor, current mirror Lo 8, 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 connected to the base of the third 9 auxiliary transistor, the emitter of which is connected to the second 10 current-stabilizing two-terminal device and connected to the output of the device, the bases of the first 3 and second 6 auxiliary transistors are connected to each other. An additional transistor 11 is introduced into the circuit, the base of which is connected to the collector of the first 3 auxiliary transistors, the emitter is connected to the bases of the first 3 and second 6 auxiliary transistors, and the collector is connected to the input of the current mirror 8.

На фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения в схему введен транзистор терморадиационной компенсации 14.In Fig.3 in accordance with claim 2 of the claims, a thermoradiation compensation transistor 14 is introduced into the circuit.

На фиг.3 в соответствии с п.3 формулы изобретения в схему введен вспомогательный транзистор 15, эмиттер которого подключен к эмиттеру дополнительного транзистора 11, база соединена с базой дополнительного транзистора 11, а коллектор связан с шиной источника питания 16.In Fig. 3, in accordance with claim 3, an auxiliary transistor 15 is introduced into the circuit, the emitter of which is connected to the emitter of the additional transistor 11, the base is connected to the base of the additional transistor 11, and the collector is connected to the bus of the power source 16.

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 7 и 10 равны величине 2I0, то токи коллектора (Iк.i) и базы (Iб.i) транзисторов схемы:If the currents of the two-terminal circuits 7 and 10 are equal to 2I 0 , then the collector currents (I k.i ) and base (I b.i ) of the transistors of the circuit:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где Iб.i=Iэ.ii - ток базы n-p-n (Iб.р) или p-n-p (Iб.n) транзисторов схемы при их эмиттерном токе Iэ.i=I0;where I b.i = I e.i / β i is the base current npn (I b.p ) or pnp (I b.n ) of the transistors of the circuit at their emitter current I e.i = I 0 ;

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

Входной Iвх.8 и выходной Iвых.8 токи токового зеркала 8Input I input 8 and output I output 8 currents of the current mirror 8

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

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.

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 00000008
Figure 00000008

где Iб.9=2Iб.n - ток базы p-n-р транзистора 9.where I b . 9 = 2I b. n - base current pn-p of the transistor 9.

Подставляя (1)÷(7) в (8), находим, что разностный ток, определяющий Uсм ДУ, равен нулю: Iр=0.Substituting (1) ÷ (7) in (8), we find that the difference current determining U cm ДУ is equal to zero: I p = 0.

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»: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 S of the conversion of the input differential voltage u in the remote control into the output current of the node “A”:

Figure 00000009
Figure 00000009

где rэ1=rэ2=rэ4=rэ5 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 1, 2, 4, 5.where r e1 = r e2 = r e4 = r e5 are the resistance of the emitter junctions of transistors 1, 2, 4, 5.

Поэтому для схемы фиг.2 систематическая составляющая Uсм близка к нулю:Therefore, for the circuit of FIG. 2, the systematic component U cm is close to zero:

Figure 00000010
Figure 00000010

где φТ=26 мВ - температурный потенциал.where φ Т = 26 mV is the temperature potential.

Введение транзистора терморадиационной компенсации 14 (фиг.3) улучшает температурную стабильность Uсм при t>80°.The introduction of a thermoradiation compensation transistor 14 (Fig. 3) improves the temperature stability of U cm at t> 80 °.

Введение транзистора 15 позволяет обеспечить эффект компенсации Uсм при эмиттерных токах транзистора 9, меньших чем 2I0.The introduction of the transistor 15 allows you to provide the compensation effect U cm when the emitter currents of the transistor 9, less than 2I 0 .

В ДУ-прототипе Iр≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается на три порядка больше (Uсм=2,0 мВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=-1 мкВ).In the remote control prototype I p ≠ 0, therefore, the systematic component of U cm is obtained three orders of magnitude more (U cm = 2.0 mV) than in the claimed circuit (U cm = -1 μV).

Компьютерное моделирование схем фиг.4, 5, 6 подтверждает (фиг.7) данные теоретические выводы.Computer simulation of the circuits of Figs. 4, 5, 6 confirms (Fig. 7) 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 ФРГ №2.930.041.1. The patent of Germany №2.930.041.

2. Патент РФ №2019019.2. RF patent No. 2019019.

3. Патент РФ №1107281.3. RF patent No. 1107281.

4. А.св. СССР №375754.4. A. St. USSR No. 375754.

5. Патент США №4.030.044.5. US patent No. 4.030.044.

6. Патент США №4.074.205.6. US patent No. 4.074.205.

7. Патент США №4.286.227.7. US patent No. 4.286.227.

Claims (3)

1. Комплементарный дифференциальный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, коллекторы которых подключены к коллектору первого (3) вспомогательного транзистора, первый (4) и второй (5) выходные транзисторы, базы которых объединены и подключены к коллектору второго (6) вспомогательного транзистора и первому (7) токостабилизирующему двухполюснику, эмиттер первого (1) входного транзистора соединен с эмиттером первого (4) выходного транзистора, эмиттер второго (2) входного транзистора соединен с эмиттером второго (5) выходного транзистора, 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 третьего (9) вспомогательного транзистора, эмиттер которого подключен ко второму (10) токостабилизирующему двухполюснику и связан с выходом устройства, причем базы первого (3) и второго (6) вспомогательных транзисторов связаны друг с другом, отличающийся тем, что в схему введен дополнительный транзистор (11), база которого подключена к коллектору первого (3) вспомогательного транзистора, эмиттер соединен с базами первого (3) и второго (6) вспомогательных транзисторов, а коллектор подключен ко входу токового зеркала (8).1. A complementary differential amplifier containing the first (1) and second (2) input transistors, the collectors of which are connected to the collector of the first (3) auxiliary transistor, the first (4) and second (5) output transistors, the bases of which are combined and connected to the collector the second (6) auxiliary transistor and the first (7) current-stabilizing two-terminal device, the emitter of the first (1) input transistor is connected to the emitter of the first (4) output transistor, the emitter of the second (2) input transistor is connected to the emitter of the second (5) output o transistor, a current mirror (8), 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 connected to the base of the third (9) auxiliary transistor, the emitter of which is connected to the second (10) ) to a current-stabilizing two-terminal device and connected to the output of the device, the bases of the first (3) and second (6) auxiliary transistors connected to each other, characterized in that an additional transistor (11) is introduced into the circuit, the base of which is connected to the collector of the first (3) auxiliary mogatelnogo transistor, whose emitter is connected with the bases of the first (3) and second (6) auxiliary transistor and whose collector is connected to the input of the current mirror (8). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в схему введен транзистор терморадиационной компенсации (14).2. The device according to claim 1, characterized in that a thermo-radiation compensation transistor is introduced into the circuit (14). 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в схему введен вспомогательный транзистор (15), эмиттер которого подключен к эмиттеру дополнительного транзистора (11), база соединена с базой дополнительного транзистора (11), а коллектор связан с шиной источника питания (16). 3. The device according to claim 1, characterized in that the auxiliary transistor (15) is introduced into the circuit, the emitter of which is connected to the emitter of the additional transistor (11), the base is connected to the base of the additional transistor (11), and the collector is connected to the bus of the power source ( 16).
RU2009130271/09A 2009-08-06 2009-08-06 Complementary differential amplifier RU2411639C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009130271/09A RU2411639C1 (en) 2009-08-06 2009-08-06 Complementary differential amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009130271/09A RU2411639C1 (en) 2009-08-06 2009-08-06 Complementary differential amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2411639C1 true RU2411639C1 (en) 2011-02-10

Family

ID=46309413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009130271/09A RU2411639C1 (en) 2009-08-06 2009-08-06 Complementary differential amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2411639C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2411639C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2416155C1 (en) Differential operating amplifier
RU2411637C1 (en) Precision operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2412530C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2416149C1 (en) Differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2416152C1 (en) Differential operating amplifier
RU2408975C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2365029C1 (en) Cascode difference amplifier with low offset voltage
RU2411634C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2411636C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2402155C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2416150C1 (en) Differential operating amplifier
RU2449465C1 (en) Precision operational amplifier
RU2411644C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2402154C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2419198C1 (en) Precision operating amplifier
RU2412528C1 (en) Cascode differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2444119C1 (en) Precision operational amplifier
RU2412537C1 (en) Differential operating amplifier
RU2412540C1 (en) Differential operating amplifier
RU2399151C1 (en) Differential amplifier
RU2390914C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2411641C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2402870C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift

Legal Events

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

Effective date: 20130807