RU2411642C1 - Каскодный дифференциальный усилитель - Google Patents
Каскодный дифференциальный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411642C1 RU2411642C1 RU2009132243/09A RU2009132243A RU2411642C1 RU 2411642 C1 RU2411642 C1 RU 2411642C1 RU 2009132243/09 A RU2009132243/09 A RU 2009132243/09A RU 2009132243 A RU2009132243 A RU 2009132243A RU 2411642 C1 RU2411642 C1 RU 2411642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- collector
- input
- transistor
- transistors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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, прецизионных решающих усилителях с малыми значениями э.д.с. смещения нуля). Технический результат: уменьшение напряжения смещения нуля Uсм, а также его дрейфа в условиях температурных и радиационных воздействий. Каскодный дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1), первый (2) и второй (3) токовые выходы которого соединены с эмиттерами первого (4) и второго (5) вспомогательных транзисторов (Т) с объединенными базами, первый (6) и второй (7) выходные Т с объединенными базами, цепь смещения потенциалов (8), связанную с объединенными базами первого Т (4) и второго Т (5), эмиттеры первого (6) и второго (7) выходных Т связаны с шиной источника питания (9) через первый (10) и второй (11) токостабилизирующие двухполюсники, эмиттер первого Т (6) соединен с коллектором первого Т (4), эмиттер второго Т (7) соединен с коллектором второго Т (5), коллектор первого Т (6) подключен ко входу токового зеркала (ТЗ) (12), а коллектор второго Т (7) связан с выходом ТЗ (12) и соединен с базой Т (13) буферного усилителя (14). Базы первого Т (6) и второго Т (7) связаны с эмиттером первого Т (4), а входной Т (13) буферного усилителя (14) имеет такой же тип проводимости, что и первый Т (6) и также второй Т (7). 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
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, прецизионных решающих усилителях с малыми значениями э.д.с. смещения нуля).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (КДУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ОУ на базе «перегнутых» каскодов [1-18], получившие широкое применение в микроэлектронных изделиях. Предлагаемое изобретение относится к данному типу устройств.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому КДУ является классическая схема КДУ, фиг.1, представленная в патентной заявке США 2007/0069815, которая также присутствует в других патентах [1-18].
Существенный недостаток известного КДУ, фиг.1, состоит в том, что он имеет повышенное значение систематической составляющей напряжения смещения нуля Uсм.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении напряжения смещения нуля Uсм, а также его дрейфа в условиях температурных и радиационных воздействий.
Поставленная задача достигается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе (КДУ), фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1, первый 2 и второй 3 токовые выходы которого соединены с эмиттерами первого 4 и второго 5 вспомогательных транзисторов с объединенными базами, первый 6 и второй 7 выходные транзисторы с объединенными базами, цепь смещения потенциалов 8, связанную с объединенными базами первого 4 и второго 5 вспомогательных транзисторов, эмиттеры первого 6 и второго 7 выходных транзисторов связаны с шиной источника питания 9 через первый 10 и второй 11 токостабилизирующие двухполюсники, эмиттер первого 6 выходного транзистора соединен с коллектором первого 4 вспомогательного транзистора, эмиттер второго 7 выходного транзистора соединен с коллектором второго 5 вспомогательного транзистора, коллектор первого 6 выходного транзистора подключен ко входу токового зеркала 12, а коллектор второго 7 выходного транзистора связан с выходом токового зеркала 12 и соединен с базой входного транзистора 13 буферного усилителя 14, предусмотрены новые элементы и связи - базы первого 6 и второго 7 выходных транзисторов связаны с эмиттером первого 4 вспомогательного транзистора, а входной транзистор 13 буферного усилителя 14 имеет такой же тип проводимости, что и первый 6 и также второй 7 выходные транзисторы.
Схема КДУ-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.
На фиг.3 и фиг.4 показаны схемы каскодного дифференциального усилителя-прототипа (фиг.3) и заявляемого КДУ (фиг.4) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На фиг.5 представлены результаты компьютерного моделирования схем фиг.3 и фиг.4 - зависимость напряжения смещения нуля Uсм от температуры.
Каскодный дифференциальный усилитель, фиг.2, содержит входной дифференциальный каскад 1, первый 2 и второй 3 токовые выходы которого соединены с эмиттерами первого 4 и второго 5 вспомогательных транзисторов с объединенными базами, первый 6 и второй 7 выходные транзисторы с объединенными базами, цепь смещения потенциалов 8, связанную с объединенными базами первого 4 и второго 5 вспомогательных транзисторов, эмиттеры первого 6 и второго 7 выходных транзисторов связаны с шиной источника питания 9 через первый 10 и второй 11 токостабилизирующие двухполюсники, эмиттер первого 6 выходного транзистора соединен с коллектором первого 4 вспомогательного транзистора, эмиттер второго 7 выходного транзистора соединен с коллектором второго 5 вспомогательного транзистора, коллектор первого 6 выходного транзистора подключен ко входу токового зеркала 12, а коллектор второго 7 выходного транзистора связан с выходом токового зеркала 12 и соединен с базой входного транзистора 13 буферного усилителя 14. Базы первого 6 и второго 7 выходных транзисторов связаны с эмиттером первого 4 вспомогательного транзистора, а входной транзистор 13 буферного усилителя 14 имеет такой же тип проводимости, что и первый 6 и также второй 7 выходные транзисторы. Статический режим входного транзистора 13 буферного усилителя 14 устанавливается двухполюсником 15. Входной дифференциальный каскад 1 выполнен на входных транзисторах 16 и 17, а также двухполюснике 18. Коллекторные цепи транзисторов 16 и 17 имеют перекрестные связи. Это обеспечивает работоспособность схемы при больших амплитудах входного напряжения за счет того, что транзисторы 4 и 5 никогда не входят в отсечку, то есть базы транзисторов 6 и 7 всегда подключены к низкоомной цепи.
Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.2.
Если токи двухполюсников 18, 10, 11, 15 равны 2Iо, то токи эмиттеров и коллекторов транзисторов 4 и 5, 6 и 7, 13:
где Iб.i=Iэ.i/βi - ток базы i-го n-p-n (Iб.p) или p-n-p (Iб.n)- транзистора при эмиттерном токе Iэ.i=I0;
βi - коэффициент усиления по току базы i-го транзистора.
Поэтому входной (Iвх.12) и выходной (Iвых.12) токи токового зеркала 12
Как следствие, разность токов в узле А при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину
где IБУ=2Iб.n - ток базы n-p-n-транзистора 13 буферного усилителя 14. Подставляя (1)÷(10) в (11), находим, что разностный ток, определяющий Uсм КДУ:
Как следствие, при Iр=0 не требуется смещения нуля КДУ, фиг.2, на величину Uсм, подача которого на его входы Вх(+)1, Вх(-)2 компенсирует разностный ток Iр в узле А.
Таким образом, в заявляемом устройстве уменьшается систематическая составляющая Uсм, обусловленная конечной величиной β транзисторов схемы и их радиационной (или температурной) зависимостью. Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Iр в узле А создает Uсм, зависящее от крутизны преобразования входного дифференциального напряжения uвх КДУ в выходной ток узла А:
где rэ16=rэ17 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 16 и 17 дифференциального каскада 1.
Поэтому для схем фиг.1 - фиг.2:
где φт=26 мВ - температурный потенциал.
В КДУ-прототипе Iр=2Iб.n≠0. Поэтому здесь систематическая
составляющая Uсм получается как минимум на порядок больше, чем в заявляемой схеме (см. фиг.3 - фиг.4).
Компьютерное моделирование схем фиг.3 и фиг.4 подтверждает данные теоретические выводы (фиг.5).
Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока.
Источники информации
1. Патент США №5.091.701, фиг.1.
2. Патент США №6.448.853, фиг.6.
3. Патент США №6.529.076.
4. Патент США №5.327.100, фиг.2.
5. Патентная заявка США 2002/0196079, фиг.1.
6. Патент США №5.734.296, фиг.3.
7. Патентная заявка США 2003/0090321, фиг.8.
8. Патент США №6.710.654.
9. Патент США №6.483.382, фиг.2.
10. Патентная заявка США 2006/0202762.
11. Патент США №5.140.280, фиг.1.
12. Патент США №4.600.893, фиг.7.
13. Патент США №6.788.143.
14. Патент США №6.734.720, фиг.1.
15. Патентная заявка США 2008/0186091, фиг.4.
16. Патентная заявка США 2007/0069815.
17. Патент США №6.304.143, фиг.3.
18. Патент Англии GB 2035003.
Claims (2)
1. Каскодный дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1), первый (2) и второй (3) токовые выходы которого соединены с эмиттерами первого (4) и второго (5) вспомогательных транзисторов с объединенными базами, первый (6) и второй (7) выходные транзисторы - с объединенными базами, цепь смещения потенциалов (8), связанную с объединенными базами первого (4) и второго (5) вспомогательных транзисторов, эмиттеры первого (6) и второго (7) выходных транзисторов связаны с шиной источника питания (9) через первый (10) и второй (11) токостабилизирующие двухполюсники, эмиттер первого (6) выходного транзистора соединен с коллектором первого (4) вспомогательного транзистора, эмиттер второго (7) выходного транзистора соединен с коллектором второго (5) вспомогательного транзистора, коллектор первого (6) выходного транзистора подключен ко входу токового зеркала (12), а коллектор второго (7) выходного транзистора связан с выходом токового зеркала (12) и соединен с базой входного транзистора (13) буферного усилителя (14), отличающийся тем, что базы первого (6) и второго (7) выходных транзисторов связаны с эмиттером первого (4) вспомогательного транзистора, а входной транзистор (13) буферного усилителя (14) имеет такой же тип проводимости, что и первый (6) и также второй (7) выходные транзисторы.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входной дифференциальный каскад (1) выполнен на основе первого (16) и второго (17) входных транзисторов с перекрестными связями в цепи коллекторов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009132243/09A RU2411642C1 (ru) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009132243/09A RU2411642C1 (ru) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2411642C1 true RU2411642C1 (ru) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009132243/09A RU2411642C1 (ru) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2411642C1 (ru) |
-
2009
- 2009-08-26 RU RU2009132243/09A patent/RU2411642C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2411637C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2412530C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
RU2411642C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2416152C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2412528C1 (ru) | Каскодный дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2393629C1 (ru) | Комплементарный каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2419187C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенной стабильностью нулевого уровня | |
RU2412529C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2416149C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2411644C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
RU2416145C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2408975C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2416151C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2449466C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2416150C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
RU2419198C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2402151C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2402152C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2449465C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2444119C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2402156C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2402157C1 (ru) | Каскодный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2444114C1 (ru) | Операционный усилитель с низкоомной нагрузкой |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130827 |