RU2412529C1 - Каскодный дифференциальный усилитель - Google Patents

Каскодный дифференциальный усилитель Download PDF

Info

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
Application number
RU2009132244/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Петр Сергеевич Будяков (RU)
Петр Сергеевич Будяков
Сергей Анатольевич Морозов (RU)
Сергей Анатольевич Морозов
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 RU2009132244/09A priority Critical patent/RU2412529C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2412529C1 publication Critical patent/RU2412529C1/ru

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:
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
где Iб.i=Iэ.ii - 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
Figure 00000010
Figure 00000011
Как следствие, разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину
Figure 00000012
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:
Figure 00000013
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»:
Figure 00000014
,
где rэ21=rэ22 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 21 и 22 входного дифференциального каскада 1.
Поэтому для схем фиг.1-фиг.2
Figure 00000015
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.
RU2009132244/09A 2009-08-26 2009-08-26 Каскодный дифференциальный усилитель RU2412529C1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
RU2411640C1 (ru) Комплементарный дифференциальный усилитель
RU2401507C1 (ru) Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2411635C1 (ru) Дифференциальный усилитель
RU2402154C1 (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