RU2412529C1 - Каскодный дифференциальный усилитель - Google Patents
Каскодный дифференциальный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412529C1 RU2412529C1 RU2009132244/09A RU2009132244A RU2412529C1 RU 2412529 C1 RU2412529 C1 RU 2412529C1 RU 2009132244/09 A RU2009132244/09 A RU 2009132244/09A RU 2009132244 A RU2009132244 A RU 2009132244A RU 2412529 C1 RU2412529 C1 RU 2412529C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- current
- input
- emitter
- current mirror
- 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 эдс 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) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, токовое зеркало (4), имеющее низкоомный (5) и высокоомный (6) эмиттерные входы, основной инвертирующий вход (7) и токовый выход (8), первый (9) и второй (10) вспомогательные транзисторы, эмиттеры которых через первый (11) и второй (12) токостабилизирующие двухполюсники связаны с первой (13) шиной источника питания, цепь установления статического режима (14), связанную с базой первого (9) вспомогательного транзистора, буферный усилитель (15), входной транзистор (16) которого соединен с коллектором второго (10) вспомогательного транзистора и подключен к токовому выходу (8) токового зеркала (4), коллектор первого (9) вспомогательного транзистора связан с основным инвертирующим входом (7) токового зеркала (4), низкоомный (5) и высокомный (6) эмиттерные входы токового зеркала (4) соединены соответственно с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами входного дифференциального каскада (1) и через третий (17) и четвертый (18) токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй (19) шиной источника питания. База второго (10) вспомогательного транзистора соединена с эмиттером первого (9) вспомогательного транзистора, а тип проводимости входного транзистора (16) буферного усилителя (15) совпадает с типом проводимости второго (10) вспомогательного транзистора. 1 з.п. ф-лы, 7 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 эдс смещения нуля).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ОУ на базе «перегнутых» каскодов [1-14], получившие широкое применение в микроэлектронных изделиях. Предлагаемое изобретение относится к данному типу устройств.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому ДУ является классическая схема (фиг.1), представленная в патенте фирмы Motorola (США) №5.734.296, которая также присутствует в других патентах и монографиях [1-14].
Существенный недостаток известного ДУ (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 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, имеющее низкоомный 5 и высокоомный 6 эмиттерные входы, основной инвертирующий вход 7 и токовый выход 8, первый 9 и второй 10 вспомогательные транзисторы, эмиттеры которых через первый 11 и второй 12 токостабилизирующие двухполюсники связаны с первой 13 шиной источника питания, цепь установления статического режима 14, связанную с базой первого 9 вспомогательного транзистора, буферный усилитель 15, входной транзистор 16 которого соединен с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и подключен к токовому выходу 8 токового зеркала 4, коллектор первого 9 вспомогательного транзистора связан с основным инвертирующим входом 7 токового зеркала 4, низкоомный 5 и высокомный 6 эмиттерные входы токового зеркала 4 соединены соответственно с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами входного дифференциального каскада 1 и через третий 17 и четвертый 18 токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй 19 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - база второго 10 вспомогательного транзистора соединена с эмиттером первого 9 вспомогательного транзистора, а тип проводимости входного транзистора 16 буферного усилителя 15 совпадает с типом проводимости второго 10 вспомогательного транзистора.
Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.
На чертежах фиг.3 и фиг.4 показаны схемы рекомендуемого токового зеркала, в том числе в соответствии с п.2 формулы изобретения (фиг.3).
На чертежах фиг.5 и фиг.6 приведены схемы КДУ-прототипа (фиг.5) и заявляемого КДУ (фиг.6) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На чертеже фиг.7 показаны результаты компьютерного моделирования схем фиг.5 и фиг.6 - зависимость напряжения смещения нуля Uсм от температуры.
Каскодный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, имеющее низкоомный 5 и высокоомный 6 эмиттерные входы, основной инвертирующий вход 7 и токовый выход 8, первый 9 и второй 10 вспомогательные транзисторы, эмиттеры которых через первый 11 и второй 12 токостабилизирующие двухполюсники связаны с первой 13 шиной источника питания, цепь установления статического режима 14, связанную с базой первого 9 вспомогательного транзистора, буферный усилитель 15, входной транзистор 16 которого соединен с коллектором второго 10 вспомогательного транзистора и подключен к токовому выходу 8 токового зеркала 4, коллектор первого 9 вспомогательного транзистора связан с основным инвертирующим входом 7 токового зеркала 4, низкоомный 5 и высокоомный 6 эмиттерные входы токового зеркала 4 соединены соответственно с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами входного дифференциального каскада 1 и через третий 17 и четвертый 18 токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй 19 шиной источника питания. База второго 10 вспомогательного транзистора соединена с эмиттером первого 9 вспомогательного транзистора, а тип проводимости входного транзистора 16 буферного усилителя 15 совпадает с типом проводимости второго 10 вспомогательного транзистора. Статический режим транзистора 16 устанавливается двухполюсником 20, а входной дифференциальный каскад 1 реализован на транзисторах 21, 22 и двухполюснике 23.
На чертежах фиг.2 и фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, токовое зеркало 4 содержит первый 24, второй 25 и третий 26 транзисторы, эмиттер первого 24 транзистора соединен с высокоомным эмиттерным входом 6 токового зеркала 4, эмиттер второго 25 транзистора связан с низкоомным эмиттерным входом 5 токового зеркала 4, база третьего 26 транзистора связана с коллектором первого 24 транзистора и соединена с основным инвертирующим входом 7 токового зеркала 4, коллектор третьего 26 транзистора соединен с выходом 8 токового зеркала 4, а объединенные базы первого 24 и второго 25 транзисторов подключены к коллектору второго 25 транзистора и эмиттеру третьего 26 транзистора.
Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.2.
Если токи двухполюсника 23 равны величине 210, а двухполюсников 12, 11, 20 равны величине I0, то токи эмиттеров и коллекторов транзисторов 9 и 24, и 25:
где Iб.i=Iэ.i/βi - ток базы i-го n-p-n (Iб.р) или p-n-р (Iб.n) транзистора при эмиттерном токе Iэ.i=I0;
βi - коэффициент усиления по току базы i-го транзистора.
Поэтому входной (Iвх.7) и выходной (Iвых.8) токи токового зеркала 4
Как следствие, разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину
где Iбу=Iб.р - ток базы входного n-р-n транзистора 16 буферного усилителя 15.
Подставляя (1)÷(11) в (12), 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 и его 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 rэ21=rэ22 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 21 и 22 входного дифференциального каскада 1.
Поэтому для схем фиг.1-фиг.2
где φт=26 мВ - температурный потенциал.
В КДУ-прототипе (фиг.1) Iр≠0. Поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается как минимум на порядок больше (Uсм=603 мВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=-14,6 мкВ) (фиг.6).
Компьютерное моделирование схем фиг.5 и фиг.6 подтверждает данные теоретические выводы (фиг.7).
Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока.
Источники информации
1. Патент США №5.734.296.
2. Патент США №4.293.824.
3. Патент RU №2331974.
4. Патент США №4.600.893.
5. Операционные усилители и компараторы [Текст]. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. - С.243-244.
6. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители [Текст] / В.В.Матавкин. - М.: «Радио и связь», 1989.
7. Патент США №6.456.162.
8. Патент США №6.501.333.
9. Патент США №6.542.030.
10. Патент США №4.293.824.
11. Патент США №5.734.296.
12. Патент США №5.420.540.
13. Патент США №5.523.718.
14. Патент США №4.644.295.
Claims (2)
1. Каскодный дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, токовое зеркало (4), имеющее низкоомный (5) и высокоомный (6) эмиттерные входы, основной инвертирующий вход (7) и токовый выход (8), первый (9) и второй (10) вспомогательные транзисторы, эмиттеры которых через первый (11) и второй (12) токостабилизирующие двухполюсники связаны с первой (13) шиной источника питания, цепь установления статического режима (14), связанную с базой первого (9) вспомогательного транзистора, буферный усилитель (15), входной транзистор (16) которого соединен с коллектором второго (10) вспомогательного транзистора и подключен к токовому выходу (8) токового зеркала (4), коллектор первого (9) вспомогательного транзистора связан с основным инвертирующим входом (7) токового зеркала (4), низкоомный (5) и высокомный (6) эмиттерные входы токового зеркала (4) соединены соответственно с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами входного дифференциального каскада (1) и через третий (17) и четвертый (18) токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй (19) шиной источника питания, отличающийся тем, что база второго (10) вспомогательного транзистора соединена с эмиттером первого (9) вспомогательного транзистора, а тип проводимости входного транзистора (16) буферного усилителя (15) совпадает с типом проводимости второго (10) вспомогательного транзистора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токовое зеркало (4) содержит первый (24), второй (25) и третий (26) транзисторы, эмиттер первого (24) транзистора соединен с высокоомным эмиттерным входом (6) токового зеркала (4), эмиттер второго (25) транзистора связан с низкоомным эмиттерным входом (5) токового зеркала (4), база третьего (26) транзистора связана с коллектором первого (24) транзистора и соединена с основным инвертирующим входом (7) токового зеркала (4), коллектор третьего (26) транзистора соединен с выходом (8) токового зеркала (4), а объединенные базы первого (24) и второго (25) транзисторов подключены к коллектору второго (25) транзистора и эмиттеру третьего (26) транзистора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009132244/09A RU2412529C1 (ru) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009132244/09A RU2412529C1 (ru) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2412529C1 true RU2412529C1 (ru) | 2011-02-20 |
Family
ID=46310199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009132244/09A RU2412529C1 (ru) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2412529C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642339C1 (ru) * | 2016-08-15 | 2018-01-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Компаратор токов с гистерезисом |
-
2009
- 2009-08-26 RU RU2009132244/09A patent/RU2412529C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642339C1 (ru) * | 2016-08-15 | 2018-01-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Компаратор токов с гистерезисом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2412529C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2595927C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| RU2411637C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2412530C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2416149C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2416152C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2419187C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенной стабильностью нулевого уровня | |
| RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2416145C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2402151C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2444114C1 (ru) | Операционный усилитель с низкоомной нагрузкой | |
| RU2411642C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2402157C1 (ru) | Каскодный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2449466C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2412528C1 (ru) | Каскодный дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2408975C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2416151C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2419198C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2414807C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2444119C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2412531C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2374757C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2416150C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2411640C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2401507C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130827 |