RU2411639C1 - Complementary differential amplifier - Google Patents
Complementary differential amplifier Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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
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
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
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
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
На фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения в схему введен транзистор терморадиационной компенсации 14.In Fig.3 in accordance with
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
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-
где Iб.i=Iэ.i/βi - 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
где Ki=1 - модуль коэффициента передачи по току токового зеркала 12.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 шинуAs a result, the current difference in node “A” when it is short-circuited to an equipotential common bus
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
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”:
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
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:
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
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)
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) |
-
2009
- 2009-08-06 RU RU2009130271/09A patent/RU2411639C1/en not_active IP Right Cessation
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 |