RU2414807C1 - Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля - Google Patents
Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414807C1 RU2414807C1 RU2010109985/07A RU2010109985A RU2414807C1 RU 2414807 C1 RU2414807 C1 RU 2414807C1 RU 2010109985/07 A RU2010109985/07 A RU 2010109985/07A RU 2010109985 A RU2010109985 A RU 2010109985A RU 2414807 C1 RU2414807 C1 RU 2414807C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collector
- transistor
- output
- emitter
- input
- 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, в компараторах и прецизионных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями э.д.с. смещения нуля). Технический результат: уменьшение абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и подключены к коллектору первого (3) вспомогательного транзистора, второй (4) вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым (5) источником питания, база соединена с эмиттером первого (3) вспомогательного транзистора, а коллектор связан с первым (6) источником опорного тока, вспомогательный p-n-переход (7), включенный параллельно эмиттерно-базовому переходу второго (4) вспомогательного транзистора, первое токовое зеркало (8), вход которого соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, общий эмиттерный выход связан со вторым (9) источником питания, а коллекторный выход связан со входом второго (10) токового зеркала, общий эмиттерный выход которого подключен к первому (5) источнику питания, третье токовое зеркало (11), вход которого связан с коллектором второго (2) входного транзистора, общий эмиттерный выход подключен ко второму (9) источнику питания, а коллекторный выход соединен с коллекторным выходом второго (10) токового зеркала и базой выходного транзистора (12), эмиттер выходного транзистора (12) соединен с выходом устройства (13) и через второй (14) токостабилизирующий двухполюсник подключен к первому (5) источнику питания. В схему введен дополнительный транзистор (15), эмиттер которого соединен с базой первого (3) вспомогательного транзистора, база подключена к коллектору второго (4) вспомогательного транзистора, а коллектор связан с коллектором второго (2) входного транзистора. 1 з.п. ф-лы, 6 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, в компараторах, прецизионных аналоговых интерфейсах с малыми значениями э.д.с. смещения нуля и т.п.).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные операционные усилители (ОУ) с существенными различными параметрами.
Известны схемы двухкаскадных операционных усилителей на основе трех токовых зеркал и выходного эмиттерного повторителя, которые стали основой многих серийных микросхем (КР1427УД1, NE5517, СА3078, МА2700, LM13600 и др.). Однако они характеризуются сравнительно большими уровнями напряжения смещения нуля (Uсм). Так для микросхемы КР1427УД1 в соответствии с ее паспортными данными Uсм≈5 мВ. Во многих случаях это неприемлемо и поэтому в практические схемы на основе таких ОУ включается внешняя регулировка Uсм или лазерная подгонка резисторов для минимизации Uсм при одной (Т0) или нескольких температурах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому схемотехническому решению является классическая схема ОУ фиг.1, представленная в справочнике «Операционные усилители и компараторы» (М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. - С.225, ОУ КР1427 УД1), которая также присутствует в большом числе других патентов и литературных источников, например, [2-12].
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.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа.
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и подключены к коллектору первого 3 вспомогательного транзистора, второй 4 вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым 5 источником питания, база соединена с эмиттером первого 3 вспомогательного транзистора, а коллектор связан с первым 6 источником опорного тока, вспомогательный р-n-переход 7, включенный параллельно эмиттерно-базовому переходу второго 4 вспомогательного транзистора, первое токовое зеркало 8, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, общий эмиттерный выход связан со вторым 9 источником питания, а коллекторный выход связан со входом второго 10 токового зеркала, общий эмиттерный выход которого подключен к первому 5 источнику питания, третье токовое зеркало 11, вход которого связан с коллектором второго 2 входного транзистора, общий эмиттерный выход подключен ко второму 9 источнику питания, а коллекторный выход соединен с коллекторным выходом второго 10 токового зеркала и базой выходного транзистора 12, эмиттер выходного транзистора 12 соединен с выходом устройства 13 и через второй 14 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первому 5 источнику питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 15, эмиттер которого соединен с базой первого 3 вспомогательного транзистора, база подключена к коллектору второго 4 вспомогательного транзистора, а коллектор связан с коллектором второго 2 входного транзистора.
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.
Схема фиг.3 соответствует п.2 формулы изобретения.
На фиг.4 показаны схемы дифференциального усилителя-прототипа, а на фиг.5 - заявляемого ДУ фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На фиг.6 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.4, фиг.5.
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и подключены к коллектору первого 3 вспомогательного транзистора, второй 4 вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым 5 источником питания, база соединена с эмиттером первого 3 вспомогательного транзистора, а коллектор связан с первым 6 источником опорного тока, вспомогательный р-n-переход 7, включенный параллельно эмиттерно-базовому переходу второго 4 вспомогательного транзистора, первое токовое зеркало 8, вход которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, общий эмиттерный выход связан со вторым 9 источником питания, а коллекторный выход связан со входом второго 10 токового зеркала, общий эмиттерный выход которого подключен к первому 5 источнику питания, третье токовое зеркало 11, вход которого связан с коллектором второго 2 входного транзистора, общий эмиттерный выход подключен ко второму 9 источнику питания, а коллекторный выход соединен с коллекторным выходом второго 10 токового зеркала и базой выходного транзистора 12, эмиттер выходного транзистора 12 соединен с выходом устройства 13 и через второй 14 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первому 5 источнику питания. В схему введен дополнительный транзистор 15, эмиттер которого соединен с базой первого 3 вспомогательного транзистора, база подключена к коллектору второго 4 вспомогательного транзистора, а коллектор связан с коллектором второго 2 входного транзистора.
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в схему введен транзистор терморадиационной компенсации 16, коллектор которого подключен ко входу первого 8 токового зеркала, а объединенные эмиттер и база соединены с первым 5 источником питания.
Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.2, т.е. зависящие от схемотехники ОУ.
Если ток двухполюсника 6 равен величине 2I0, то токи эмиттеров и коллекторов транзисторов 4, 3, 15, 1, 2, 12:
где Iб.р=Iэ.i/βi - ток базы n-p-n-транзисторов 1, 2, 3, 4, 12 при эмиттерном токе Iэ.i=I0;
βi - коэффициент усиления по току базы n-p-n-транзисторов.
Входной Iвх и выходной Iвых токи токовых зеркал 8, 11 и 10
Как следствие, разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину
где Iб.12=2Iб.р - ток базы n-p-n-транзистора 12.
Подставляя (1)-(9) в (10), находим, что разностный ток, определяющий Uсм
Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (10) 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 S преобразования входного дифференциального напряжения uвх ОУ в выходной ток узла «А»:
где rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 1 и 2.
Поэтому для схемы фиг.3
где φт=26 мВ - температурный потенциал.
В ОУ-прототипе Ip≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается на порядок больше (Uсм=1119 мкВ), чем в заявляемой схеме (Uсм=34,8 мкВ).
Компьютерное моделирование схем фиг.4, фиг.5 подтверждает (фиг.6) данные теоретические выводы.
Для минимизации Uсм при повышенных температурах (t°>80°C) в схеме фиг.3 предусмотрен транзистор 16, который находится в закрытом состоянии. Однако ток через его р-n-переход на подложку (фиг.5), который существенно возрастает на высоких температурах (или при радиационных воздействиях), компенсирует соответствующий ток на подложку через р-n-переход транзистора 15 (фиг.5). Это существенно уменьшает производную dUсм/dT при t°>80°С.
Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока.
Источники информации
1. Операционные усилители и компараторы [Текст]. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. - С.225.
2. Полонников Д.Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника [Текст] / Д.Е.Полонников. - М., 1983. - С.203.
3. Операционные усилители и компараторы. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. - С.106 (ОУ СА3078).
4. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители [Текст] / В.В.Матавкин. - М.: Радио и связь, 1989. - Рис.2.12.
5. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике [Текст]: Пер. с нем. / П.Шкритек - М.: Мир, 1991. - С.96, рис.8.2.1.
6. Патент США №3.982.197.
7. Патент США №4.799.026.
8. Патентная заявка США №2006/0006910.
9. Патент США №4.361.815.
10. Патент США №5.371.476.
11. Патентная заявка США 2008/0032656.
12. Патент США №3.921.090 fig.1.
Claims (2)
1. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и подключены к коллектору первого (3) вспомогательного транзистора, второй (4) вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым (5) источником питания, база соединена с эмиттером первого (3) вспомогательного транзистора, а коллектор связан с первым (6) источником опорного тока, вспомогательный р-n-переход (7), включенный параллельно эмиттерно-базовому переходу второго (4) вспомогательного транзистора, первое токовое зеркало (8), вход которого соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, общий эмиттерный выход связан со вторым (9) источником питания, а коллекторный выход связан со входом второго (10) токового зеркала, общий эмиттерный выход которого подключен к первому (5) источнику питания, третье токовое зеркало (11), вход которого связан с коллектором второго (2) входного транзистора, общий эмиттерный выход подключен ко второму (9) источнику питания, а коллекторный выход соединен с коллекторным выходом второго (10) токового зеркала и базой выходного транзистора (12), эмиттер выходного транзистора (12) соединен с выходом устройства (13) и через второй (14) токостабилизирующий двухполюсник подключен к первому (5) источнику питания, отличающийся тем, что в схему введен дополнительный транзистор (15), эмиттер которого соединен с базой первого (3) вспомогательного транзистора, база подключена к коллектору второго (4) вспомогательного транзистора, а коллектор связан с коллектором второго (2) входного транзистора.
2. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля по п.1, отличающийся тем, что в схему введен транзистор терморадиационной компенсации (16), коллектор которого подключен ко входу первого (8) токового зеркала, а объединенные эмиттер и база соединены с первым (5) источником питания.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010109985/07A RU2414807C1 (ru) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010109985/07A RU2414807C1 (ru) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2414807C1 true RU2414807C1 (ru) | 2011-03-20 |
Family
ID=44053846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010109985/07A RU2414807C1 (ru) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2414807C1 (ru) |
-
2010
- 2010-03-16 RU RU2010109985/07A patent/RU2414807C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2414807C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2411634C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2416149C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2416152C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2412530C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2433523C1 (ru) | Прецизионный дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2411637C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2621289C1 (ru) | Двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
| RU2393629C1 (ru) | Комплементарный каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2402154C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2408975C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2402155C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2412529C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2402151C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2416150C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2444119C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2444114C1 (ru) | Операционный усилитель с низкоомной нагрузкой | |
| RU2571579C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель для радиационно-стойкого биполярно-полевого техпроцесса | |
| RU2411638C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2411644C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2411640C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2449466C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| 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: 20130317 |