RU2411641C1 - 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
RU2411641C1
RU2411641C1 RU2009131783/09A RU2009131783A RU2411641C1 RU 2411641 C1 RU2411641 C1 RU 2411641C1 RU 2009131783/09 A RU2009131783/09 A RU 2009131783/09A RU 2009131783 A RU2009131783 A RU 2009131783A RU 2411641 C1 RU2411641 C1 RU 2411641C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
collector
emitter
input
base
transistor
Prior art date
Application number
RU2009131783/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Александр Игоревич Серебряков (RU)
Александр Игоревич Серебряков
Михаил Сергеевич Цыбин (RU)
Михаил Сергеевич Цыбин
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 RU2009131783/09A priority Critical patent/RU2411641C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2411641C1 publication Critical patent/RU2411641C1/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 comprises the first (1) and second (2) input transistors, between emitters of which a resistor (3) of local negative feedback is connected, the first (4) and second (5) current-stabilising dipoles (CD), 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 (8). Circuit includes the first (9) and second (10) additional T, emitters of which are connected to according first CD (4) and second CD (5), collector of the first T (9) is connected to emitter of the first T (1), base of the first T (9) is connected to circuit of shift potentials (11), collector of the second T (10) is connected to emitter of the second T (2), and its base is connected to emitter of the first T (9).
EFFECT: reduced absolute value of Ucm and its temperature drift.
5 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 low values of the zero-offset EMF).

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 сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ДУ фиг.1, представленная в патенте США №5365191, которая также присутствует в большом числе других патентов, например [1-13], имеющих в качестве цепи нагрузки входных транзисторов управляемые токовые зеркала [1-6] или неуправляемые токостабилизирующие двухполюсники [7-13].The closest in essence to the claimed technical solution is the classical scheme DU of FIG. 1, presented in US patent No. 5365191, which is also present in a large number of other patents, for example [1-13], having controllable current mirrors as a load circuit of input transistors [ 1-6] or uncontrolled current-stabilizing bipolar [7-13].

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 4 и второй 5 токостабилизирующие двухполюсники, токовое зеркало 6, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 2 входного транзистора и базе входного транзистора 7 выходного эмиттерного повторителя 8, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 9 и второй 10 дополнительные транзисторы, эмиттеры которых связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 токостабилизирующими двухполюсниками, коллектор первого 9 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру первого 1 входного транзистора, база первого 9 дополнительного транзистора соединена с цепью смещения потенциалов 11, коллектор второго дополнительного транзистора 10 подключен к эмиттеру второго 2 входного транзистора, а его база связана с эмиттером первого 9 дополнительного транзистора.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 resistor 3 of local negative feedback is connected, the first 4 and second 5 are current-stabilizing two-terminal devices, a current mirror 6, the input of which is connected to the collector 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 8, new elements and connections are provided - the first 9 and the second 10 additional transistors, the emitters of which are connected to the corresponding first 4 and second 5 current-stabilizing two-pole, the collector of the first 9 additional transistor is connected to the emitter of the first 1 input transistor, the base of the first 9 additional transistor is connected to the potential bias circuit 11, the collector of the second additional transistor 10 is connected to the emitter of the second 2 input transistor, and its base is connected to the emitter of the first 9 additional transistor.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.

На фиг.3 показаны схемы дифференциального усилителя-прототипа (левая часть) и заявляемого ДУ (правая часть) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».Figure 3 shows the scheme of the differential prototype amplifier (left side) and the claimed remote control (right side) in the computer simulation environment PSpice on the models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.

На фиг.4 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля сравниваемых схем фиг.3 при использовании транзисторов с типовым коэффициентом усиления по току базы β=50, а на чертеже фиг.5 - с малым β=20.Figure 4 shows the temperature dependence of the zero bias voltage of the compared circuits of figure 3 when using transistors with a typical base current gain β = 50, and in the drawing of figure 5 with small β = 20.

Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен резистор 3 местной отрицательной обратной связи, первый 4 и второй 5 токостабилизирующие двухполюсники, токовое зеркало 6, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго 2 входного транзистора и базе входного транзистора 7 выходного эмиттерного повторителя 8. В схему введены первый 9 и второй 10 дополнительные транзисторы, эмиттеры которых связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 токостабилизирующими двухполюсниками, коллектор первого 9 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру первого 1 входного транзистора, база первого 9 дополнительного транзистора соединена с цепью смещения потенциалов 11, коллектор второго 10 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру второго 2 входного транзистора, а его база связана с эмиттером первого 9 дополнительного транзистора.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, the first 4 and second 5 current-stabilizing two-terminal devices, 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 follower 8. The first 9 and second 10 additional transistors are introduced into the circuit, the emitters of which are connected to the corresponding in the first 4 and second 5 current-stabilizing two-pole, the collector of the first 9 additional transistor is connected to the emitter of the first 1 input transistor, the base of the first 9 additional transistor is connected to the potential bias circuit 11, the collector of the second 10 additional transistor is connected to the emitter of the second 2 input transistor, and its base is connected with the emitter of the first 9 additional transistor.

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 и 5 равны величине I0, то токи коллекторов транзисторов 9, 10, 1 и 2:If the currents of the two-terminal circuits 4 and 5 are equal to the value I 0 , then the collector currents of the transistors 9, 10, 1 and 2:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где Iб.р=Iэ.ii - ток базы транзисторов при эмиттерном токе Iэ.i=I0;where I bp = I e.i / β i is the base current of the transistors with an 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.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 - коэффициент передачи по току подсхемы 6 (Кi=1).where K i - current transfer coefficient of the subcircuit 6 (K i = 1).

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

где IБУ - ток базы n-р-n транзистора 7 эмиттерного повторителя 8.where I BU - base current n-p-n transistor 7 emitter follower 8.

Для получения нулевого значения разностного тока Ip (6) необходимо, чтобы выполнялось условиеTo obtain the zero value of the differential current I p (6) it is necessary that the condition

Figure 00000007
Figure 00000007

Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (7) уменьшается систематическая составляющая Uсм, обусловленная конечной величиной β транзисторов и его радиационной (или температурной) зависимостью. Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Ip 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 (7) is satisfied, the systematic component U cm decreases due to the finite value of β transistors and its radiation (or temperature) dependence. As a result, this reduces U cm , since the difference current I p in the node “A” creates U cm , depending 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 00000008
Figure 00000008

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

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

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

Figure 00000009
Figure 00000009

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

В ДУ-прототипе Ip=IБУ=Iб.р≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается более чем на три порядка больше (Uсм=-2,5 мВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=-1,2 мкВ).In the remote control prototype I p = I BU = I bp ≠ 0, therefore, here the systematic component U cm is obtained more than three orders of magnitude more (U cm = -2.5 mV) than in the claimed scheme (U cm = - 1.2 μV).

Компьютерное моделирование схем фиг.3 подтверждает (фиг.4, фиг.5) данные теоретические выводы. Несмотря на существенное уменьшение β транзисторов вследствие радиационных воздействий предлагаемый ДУ имеет меньшее напряжение смещения нуля, чем ДУ-прототип (фиг.5).Computer simulation of the schemes of figure 3 confirms (figure 4, figure 5) these theoretical conclusions. Despite a significant decrease in β transistors due to radiation exposure, the proposed remote control has a lower bias voltage than the remote prototype (figure 5).

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 №5734294.7. US Patent No. 5734294.

8. Патентная заявка США 2006/0066362.8. US Patent Application 2006/0066362.

9. Патент США №5684419.9. US patent No. 5684419.

10. Патент США №4757274, fig.1.10. US Patent No. 4757274, fig. 1.

11. Патент США №4721920.11. US patent No. 4721920.

12. Патент США №5184088.12. US patent No. 5184088.

13. Патент США №4575687.13. US patent No. 4575687.

Claims (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 (4) и второй (5) токостабилизирующие двухполюсники, токовое зеркало (6), вход которого соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, а выход подключен к коллектору второго (2) входного транзистора и базе входного транзистора (7) выходного эмиттерного повторителя (8), отличающийся тем, что в схему введены первый (9) и второй (10) дополнительные транзисторы, эмиттеры которых связаны с соответствующими первым (4) и вторым (5) токостабилизирующими двухполюсниками, коллектор первого (9) дополнительного транзистора подключен к эмиттеру первого (1) входного транзистора, база первого (9) дополнительного транзистора соединена с цепью смещения потенциалов (11), коллектор второго (10) дополнительного транзистора подключен к эмиттеру второго (2) входного транзистора, а его база связана с эмиттером первого (9) дополнительного транзистора. 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 (4) and second (5) current-stabilizing two-pole, 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 follower (8), characterized in that the first (9 ) and second th (10) additional transistors, the emitters of which are connected to the corresponding first (4) and second (5) current-stabilizing two-terminal, the collector of the first (9) additional transistor is connected to the emitter of the first (1) input transistor, the base of the first (9) additional transistor is connected to potential bias circuit (11), the collector of the second (10) additional transistor is connected to the emitter of the second (2) input transistor, and its base is connected to the emitter of the first (9) additional transistor.
RU2009131783/09A 2009-08-21 2009-08-21 Differential operational amplifier with low voltage of zero shift RU2411641C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009131783/09A RU2411641C1 (en) 2009-08-21 2009-08-21 Differential operational amplifier with low voltage of zero shift

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009131783/09A RU2411641C1 (en) 2009-08-21 2009-08-21 Differential operational amplifier with low voltage of zero shift

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2411641C1 true RU2411641C1 (en) 2011-02-10

Family

ID=46309415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009131783/09A RU2411641C1 (en) 2009-08-21 2009-08-21 Differential operational amplifier with low voltage of zero shift

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2411641C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2811071C1 (en) * 2023-10-09 2024-01-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed operational amplifier with differential transient correction circuit

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2811071C1 (en) * 2023-10-09 2024-01-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed operational amplifier with differential transient correction circuit
RU2813010C1 (en) * 2023-10-09 2024-02-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed operational amplifier based on complementary bent cascades
RU2813280C1 (en) * 2023-10-11 2024-02-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed operational amplifier based on complementary bent cascade
RU2813133C1 (en) * 2023-10-17 2024-02-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed operational amplifier based on bent cascade with differentiating transient correction circuit
RU2812914C1 (en) * 2023-11-01 2024-02-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Low offset gallium arsenide op amp
RU2813140C1 (en) * 2023-11-02 2024-02-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Gallium arsenide operational amplifier
RU2813281C1 (en) * 2023-11-02 2024-02-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Gallium arsenide operational amplifier based on pnp bipolar and field-effect transistors with control pn junction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2416155C1 (en) Differential operating amplifier
RU2411641C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2411637C1 (en) Precision operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2402154C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2412530C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2411634C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2416149C1 (en) Differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2411638C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2293433C1 (en) Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal
RU2439780C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2411635C1 (en) Differential amplifier
RU2408975C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2402155C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2621289C1 (en) Two-stage differential operational amplifier with higher gain
RU2419198C1 (en) Precision operating amplifier
RU2444119C1 (en) Precision operational amplifier
RU2390921C1 (en) Operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2390914C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2402152C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2412540C1 (en) Differential operating amplifier
RU2402156C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2399151C1 (en) Differential amplifier
RU2411639C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2420863C1 (en) Differential operational 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: 20130822