RU2411644C1 - Complementary differential amplifier - Google Patents
Complementary differential amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411644C1 RU2411644C1 RU2009130694/09A RU2009130694A RU2411644C1 RU 2411644 C1 RU2411644 C1 RU 2411644C1 RU 2009130694/09 A RU2009130694/09 A RU 2009130694/09A RU 2009130694 A RU2009130694 A RU 2009130694A RU 2411644 C1 RU2411644 C1 RU 2411644C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- current
- output
- parallel
- transistors
- 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, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в прецизионных операционных усилителях (ОУ), компараторах и т.п.).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 precision operational amplifiers (op amps), comparators, etc.).
Известны схемы комплементарных дифференциальных усилителей (КДУ) на основе двух параллельно-включенных дифференциальных каскадов (ДК) с токостабилизирующими двухполюсниками в эмиттерных цепях входных транзисторов (так называемые «dual input stage») и выходных каскадов, выполненных на повторителях тока. КДУ с такой архитектурой стали основой построения многих современных операционных усилителей [1-15], в т.ч. ОУ с опцией rail-to-rail, имеющих максимальную амплитуду выходного напряжения, близкую к напряжению питания.Known schemes for complementary differential amplifiers (KDUs) based on two parallel-connected differential stages (DC) with current-stabilizing two-terminal circuits in the emitter circuits of input transistors (the so-called "dual input stage") and output stages performed on current repeaters. KDU with such an architecture became the basis for the construction of many modern operational amplifiers [1-15], including Op-amps with a rail-to-rail option having a maximum output voltage amplitude close to the supply voltage.
Ближайшим прототипом (фиг.1, фиг.2) заявляемого устройства является комплементарный дифференциальный усилитель, описанный в патенте США №5.291.149, fig. 3, содержащий первый 1 входной параллельно-балансный каскад на p-n-p транзисторах и включенный параллельно ему по дифференциальному входу второй 2 входной параллельно-балансный каскад на n-p-n транзисторах, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник в общей эмиттерной цепи 4 первого 1 входного параллельно-балансного каскада на p-n-p транзисторах, второй 5 токостабилизирующий двухполюсник в общей эмиттерной цепи 6 второго 2 входного параллельно-балансного каскада на n-p-n транзисторах, первое 7 токовое зеркало, вход которого соединен с токовым выходом 8 второго 2 входного параллельно-балансного каскада на n-p-n транзисторах, а выход соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, второе 10 токовое зеркало, вход которого соединен с токовым выходом 11 первого 1 входного параллельно-балансного каскада на p-n-p транзисторах, а выход соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, буферный усилитель 12, вход которого соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, а выход является низкоимпедансным выходом устройства.The closest prototype (figure 1, figure 2) of the inventive device is a complementary differential amplifier described in US patent No. 5.291.149, fig. 3, containing the first 1 input parallel-balanced cascade on pnp transistors and connected in parallel to it via the differential input, the second 2 input parallel-balanced cascade on npn transistors, the first 3 current-stabilizing two-terminal in a
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 remote control (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 предполагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа.The main objective of the proposed invention is to reduce the absolute value of U cm and its temperature drift.
Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе (фиг.1, фиг.2), содержащем первый 1 входной параллельно-балансный каскад на p-n-p транзисторах и включенный параллельно ему по дифференциальному входу второй 2 входной параллельно-балансный каскад на n-p-n транзисторах, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник в общей эмиттерной цепи 4 первого 1 входного параллельно-балансного каскада на p-n-p транзисторах, второй 5 токостабилизирующий двухполюсник в общей эмиттерной цепи 6 второго 2 входного параллельно-балансного каскада на n-p-n транзисторах, первое 7 токовое зеркало, вход которого соединен с токовым выходом 8 второго 2 входного параллельно-балансного каскада на n-p-n транзисторах, а выход соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, второе 10 токовое зеркало, вход которого соединен с токовым выходом 11 первого 1 входного параллельно-балансного каскада на p-n-p транзисторах, а выход соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, буферный усилитель 12, вход которого соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, а выход является низкоимпедансным выходом устройства, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 13 и второй 14 дополнительные транзисторы, эмиттер первого 13 дополнительного транзистора соединен с первым 3 токостабилизирующим двухполюсником, коллектор подключен к общей эмиттерной цепи 4 первого 1 входного параллельно-балансного каскада на p-n-p транзисторах, а база через первый 15 неинвертирующий повторитель тока соединена со входом второго 10 токового зеркала, эмиттер второго 14 дополнительного транзистора соединен со вторым 5 токостабилизирующим двухполюсником, коллектор соединен с общей эмиттерной цепью 6 второго 2 входного параллельно-балансного каскада на n-p-n транзисторах, а база через второй 16 неинвертирующий повторитель тока подключена ко входу первого 7 токового зеркала.The problem is achieved in that in the differential amplifier (figure 1, figure 2), containing the first 1 input parallel-balanced cascade on pnp transistors and connected in parallel to it on the differential input of the second 2 input parallel-balanced cascade on npn transistors, the first 3 current-stabilizing two-terminal in the
Схема известного комплементарного дифференциального усилителя представлена на фиг.1. На фиг.2 показана функциональная схема КДУ фиг.1.A circuit of a known complementary differential amplifier is shown in FIG. Figure 2 shows the functional diagram of the CDA of figure 1.
На фиг.3 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.Figure 3 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На фиг.4 показана схема заявляемого устройства фиг.3 с конкретным выполнением основных функциональных узлов 1, 2, 15 и 16. В качестве токовых зеркал 7 и 10 целесообразно использовать классические токовые зеркала Вильсона.Figure 4 shows a diagram of the inventive device of figure 3 with a specific implementation of the main
На фиг.5 и 6 показаны схемы дифференциального усилителя - прототипа (фиг.5) и заявляемого КДУ (фиг.6) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».Figures 5 and 6 show the schemes of a differential amplifier - a prototype (Fig. 5) and the claimed KDU (Fig. 6) in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar.
На фиг.7 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.5, фиг.6.Figure 7 shows the temperature dependence of the zero bias voltage of the circuits of Fig.5, Fig.6.
Комплементарный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 входной параллельно-балансный каскад на p-n-p транзисторах и включенный параллельно ему по дифференциальному входу второй 2 входной параллельно-балансный каскад на n-p-n транзисторах, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник в общей эмиттерной цепи 4 первого 1 входного параллельно-балансного каскада на p-n-p транзисторах, второй 5 токостабилизирующий двухполюсник в общей эмиттерной цепи 6 второго 2 входного параллельно-балансного каскада на n-p-n транзисторах, первое 7 токовое зеркало, вход которого соединен с токовым выходом 8 второго 2 входного параллельно-балансного каскада на n-p-n транзисторах, а выход соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, второе 10 токовое зеркало, вход которого соединен с токовым выходом 11 первого 1 входного параллельно-балансного каскада на p-n-p транзисторах, а выход соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, буферный усилитель 12, вход которого соединен с высокоимпедансным выходом 9 устройства, а выход является низкоимпедансным выходом устройства. В схему введены первый 13 и второй 14 дополнительные транзисторы, эмиттер первого 13 дополнительного транзистора соединен с первым 3 токостабилизирующим двухполюсником, коллектор подключен к общей эмиттерной цепи 4 первого 1 входного параллельно-балансного каскада на p-n-p транзисторах, а база через первый 15 неинвертирующий повторитель тока соединена со входом второго 10 токового зеркала, эмиттер второго 14 дополнительного транзистора соединен со вторым 5 токостабилизирующим двухполюсником, коллектор соединен с общей эмиттерной цепью 6 второго 2 входного параллельно-балансного каскада на n-p-n транзисторах, а база через второй 16 неинвертирующий повторитель тока подключена ко входу первого 7 токового зеркала.The complementary differential amplifier of figure 2 contains the first 1 input parallel-balanced cascade on pnp transistors and a parallel 2 parallel input-balanced cascade on npn transistors, the first 3 current-stabilizing two-terminal in the
В качестве неинвертирующих повторителей тока 15 и 16 авторы рекомендуют использовать каскады с общей базой (транзисторы 21, 22 в КДУ фиг.4) или пассивные двухполюсники (например, стабилитроны).As non-inverting current repeaters 15 and 16, the authors recommend using cascades with a common base (
Токовые зеркала 7 и 10 могут быть выполнены на основе прецизионных токовых зеркал Вильсона.
Буферный усилитель реализуется на базе классических архитектур с малыми входными токами.The buffer amplifier is implemented on the basis of classical architectures with low input currents.
Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.3, т.е. зависящие от схемотехники КДУ.Consider the factors determining the systematic component of the bias voltage of zero U cm in the circuit of figure 3, i.e. depending on the circuitry of the CDU.
Если токи двухполюсников 5 и 3 равны величине 2I0, то токи коллектора (Iк.i) и базы (Iб.i) транзисторов схемы, а также токи выходов 8 и 11: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 i-гo транзистора.β i is the current gain of the base of the i-th transistor.
Входные (Iвх) и выходные (Iвых) токи токовых зеркал 7 и 10:Input (I Rin) and output (I out) the currents of the
где Ki=1 - модуль коэффициента передачи по току неинвертирующих повторителей тока 15 и 16;where K i = 1 - module of the current transfer coefficient of non-inverting current repeaters 15 and 16;
Кi12=1 - модуль коэффициента передачи по току токовых зеркал 7 и 10.To i12 = 1 is the current transfer coefficient module of
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 IБУ≈0 - входной ток буферного усилителя 12.where I BU ≈0 is the input current of the
Подставляя (1)÷(10) в (11) находим, что разностный ток, определяющий Uсм КДУ, равен нулю: Iр=0.Substituting (1) ÷ (10) into (11), we find that the difference current determining U cm of the CDD is 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 «A»: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 rэ18=rэ19=rэ17=rэ20 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 17, 18, 19, 20 (для КДУ фиг.4).where r e18 = r e19 = r e17 = r e20 are the resistance of the emitter junctions of the
Поэтому для схемы фиг.3 - фиг.4 систематическая составляющая Uсм близка к нулю:Therefore, for the circuit of FIG. 3 to FIG. 4, the systematic component U cm is close to zero:
где φт=26 мВ - температурный потенциал.where φ t = 26 mV is the temperature potential.
В КДУ-прототипе Iр≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается более чем на порядок больше, чем в заявляемой схеме (фиг.7).In the CDA 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. 7).
Компьютерное моделирование схем фиг.5, фиг.6 подтверждает (фиг.7) данные теоретические выводы.Computer simulation of the circuits of Fig.5, Fig.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 США №5.291.149 fig.31. US Patent No. 5.291.149 fig. 3
2. Патент США №4.595.8832. US Patent No. 4,595.883
3. Патент США №5.225.7913. US Patent No. 5.225.791
4. Патент США №3.974.4554. US Patent No. 3,974.455
5. Патент США №4.783.6375. US Patent No. 4,783.637
6. А.св. СССР 6112886. A. St. USSR 611288
7. Патент Франции №22249327. French Patent No. 2224932
8. Патент США №3.968.4518. US Patent No. 3,968.451
9. Патент США №5.512.8599. US Patent No. 5,512.859
10. Патент США №6.268.769 fig.310. US Patent No. 6,268.769 fig.3
11. Патент США №5.515.00511. US Patent No. 5,515.005
12. Патентная заявка США №2005/0024140 A112. US Patent Application No. 2005/0024140 A1
13. Патент Японии JP 705052813. Japanese patent JP 7050528
14. Патент WO 98/009114. Patent WO 98/0091
15. Патент США №4.757.273 fig.2215. US Patent No. 4,757.273 fig.22
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009130694/09A RU2411644C1 (en) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | Complementary differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009130694/09A RU2411644C1 (en) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | Complementary differential amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2411644C1 true RU2411644C1 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309418
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009130694/09A RU2411644C1 (en) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | Complementary differential amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2411644C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519544C1 (en) * | 2012-11-01 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Complementary differential amplifier with expanded active operation range |
-
2009
- 2009-08-11 RU RU2009130694/09A patent/RU2411644C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519544C1 (en) * | 2012-11-01 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Complementary differential amplifier with expanded active operation range |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2411644C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2455757C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2449465C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2414808C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2433523C1 (en) | Precision differential operational amplifier | |
RU2393629C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2411642C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2621289C1 (en) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain | |
RU2402155C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2412528C1 (en) | Cascode differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2449466C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2444119C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2416150C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2419198C1 (en) | Precision operating amplifier | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2411639C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2402152C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2416145C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2390921C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411640C1 (en) | Complementary differential amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130812 |