RU2416155C1 - Differential operating amplifier - Google Patents
Differential operating amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2416155C1 RU2416155C1 RU2009133164/09A RU2009133164A RU2416155C1 RU 2416155 C1 RU2416155 C1 RU 2416155C1 RU 2009133164/09 A RU2009133164/09 A RU 2009133164/09A RU 2009133164 A RU2009133164 A RU 2009133164A RU 2416155 C1 RU2416155 C1 RU 2416155C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- input
- transistor
- emitter
- 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 компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями ЭДС смещения нуля).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 comparators and precision decision amplifiers with small values of EMF of zero bias).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные операционные усилители (ОУ) с существенными различными параметрами.In modern electronic equipment, differential operational amplifiers (op amps) with significant different parameters are used.
Особое место занимают дифференциальные операционные усилители (ОУ) с активной нагрузкой, обеспечивающей непосредственное управление двухтактным буферным усилителем. Такие ОУ имеют одноканальную структуру передачи сигнала по цепи отрицательной обратной связи и характеризуются меньшими фазовыми искажениями сигнала, более высокими показателями, характеризующими устойчивость ОУ.A special place is occupied by differential operational amplifiers (op amps) with an active load providing direct control of a push-pull buffer amplifier. Such op-amps have a single-channel structure of signal transmission along the negative feedback circuit and are characterized by lower phase distortion of the signal and higher indices characterizing the stability of the op-amp.
Предлагаемое изобретение относится к классу ОУ на базе несимметричных входных каскадов [1-11], которые до сих пор находили применение только в устройствах с низкими требованиями к стабильности нулевого уровня.The present invention relates to a class of op-amps based on asymmetric input stages [1-11], which until now have been used only in devices with low requirements for stability of zero level.
Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ОУ (фиг.1), представленная в патенте США№4.366.442 fig.2, которая также присутствует в большом числе других патентов, например, [1-11], имеющих в качестве цепи нагрузки входных транзисторов управляемые токовые зеркала. В рамках такой архитектуры возможно построение простейших ОУ, обеспечивающих максимальную амплитуду выходного напряжения, близкую к напряжениям источников питания.The closest in essence to the claimed technical solution is the classical OS scheme (Fig. 1), presented in US patent No. 4.366.442 fig.2, which is also present in a large number of other patents, for example, [1-11], having as load circuits of input transistors controlled current mirrors. Within the framework of such an architecture, it is possible to construct the simplest op-amps providing the maximum amplitude of the output voltage close to the voltages of the power sources.
Существенный недостаток известного ОУ (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 OS (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 предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм и его температурного и радиационного дрейфа.The main objective of the invention is to reduce the absolute value of U cm and its temperature and radiation drift.
Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном операционном усилителе (фиг.1), содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, вход которого соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, выход подключен к базе входного транзистора 5 выходного буферного усилителя 6, первый 7 токостабилизирующий двухполюсник, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен первый 8 и второй 9 дополнительные транзисторы, а также второй 10 токостабилизирующий двухполюсник, причем коллектор второго 9 дополнительного транзистора соединен с выходом токового зеркала 4, база соединена с эмиттером входного транзистора 5 буферного усилителя 6, а также с выходом устройства и вторым 10 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер первого 8 дополнительного транзистора соединен с первым 7 токостабилизирующим двухполюсником, коллектор подключен к эмиттеру второго 9 дополнительного транзистора, а база второго 8 дополнительного транзистора связана с цепью смещения потенциалов 11.The problem is achieved in that in the differential operational amplifier (Fig. 1), containing the input
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.2, а на фиг.4 - в соответствии с п.3 формулы изобретения.Figure 3 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.5 и фиг.6 показаны схемы дифференциального ОУ-прототипа (фиг.5) и заявляемого ОУ (фиг.6) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».In Fig.5 and Fig.6 shows a diagram of a differential op-amp prototype (Fig.5) and the claimed opamp (Fig.6) in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На фиг.7 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля сравниваемых схем фиг.5 и фиг.6.In Fig.7 shows the temperature dependence of the bias voltage zero of the compared circuits of Fig.5 and Fig.6.
Дифференциальный операционный усилитель (фиг.2) содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, вход которого соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, выход подключен к базе входного транзистора 5 выходного буферного усилителя 6, первый 7 токостабилизирующий двухполюсник. В схему введен первый 8 и второй 9 дополнительные транзисторы, а также второй 10 токостабилизирующий двухполюсник, причем коллектор второго 9 дополнительного транзистора соединен с выходом токового зеркала 4, база соединена с эмиттером входного транзистора 5 буферного усилителя 6, а также выходом устройства и вторым 10 токостабилизирующим двухполюсником, эмиттер первого 8 дополнительного транзистора соединен с первым 7 токостабилизирующим двухполюсником, коллектор подключен к эмиттеру второго 9 дополнительного транзистора, а база второго 8 дополнительного транзистора связана с цепью смещения потенциалов 11. Входной дифференциальный каскад 1 выполнен на транзисторах 12, 13 и двухполюснике 14.The differential operational amplifier (figure 2) contains the input
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в качестве цепи смещения потенциалов 11 используется дополнительный p-n-переход 15, включенный между выходом устройства и вторым 10 токостабилизирующим двухполюсником.In Fig. 3, in accordance with
На фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, первый 8 дополнительный транзистор содержит основной и дополнительный коллекторы, причем основной коллектор соединен с эмиттером второго 9 дополнительного транзистора, а дополнительный коллектор подключен к эмиттеру входного 5 транзистора буферного усилителя 6.In Fig. 4, in accordance with
Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.2, т.е. зависящие от схемотехники ДУ.Consider the factors that determine the systematic component of the bias voltage of zero U cm in the circuit of figure 2, i.e. depending on the circuitry of the remote control.
Если ток двухполюсника 14 равен величине 2I0, а двухполюсников 7 и 10 - величине I0 (I7=I10=I0), то токи коллекторов транзисторов схемы:If the current of the two-
где Iб.р=Iэ.i/βi - ток базы n-p-n (Iб.р) транзисторов при эмиттерном токе Iэ.i=I0;where I b.p. = I e.i / β i is the base current of npn (I b.p. ) transistors with an emitter current I e.i = I 0 ;
βi - коэффициент усиления по току базы n-p-n транзисторов;β i is the current gain of the base of npn transistors;
Iвх.4=Iвых.4 - входной и выходной токи токового зеркала 4.I input 4 = I output 4 - input and output currents of the
С учетом (1)-(6) можно найти разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину:Taking into account (1) - (6), it is possible to find the current difference in the node “A” during its short circuit to the equipotential common bus:
где Iб.5=Iб.р - ток базы n-p-n транзистора 5.where I b.5 = I b.r - base current npn of the
Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (7) 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 в выходной ток узла «А»:Thus, in the inventive device, when condition (7) is satisfied, the systematic component U cm decreases due to the finite value of β transistors and its radiation (or temperature) dependence. 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 to the output current of the node “A”:
где rэ13=rэ12 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 13 и 12 входного дифференциального каскада 1.where r e13 = r e12 - resistance of the emitter junctions of the
Поэтому для схемы фиг.2Therefore, for the circuit of FIG. 2
где φт=26 мВ - температурный потенциал.where φ t = 26 mV is the temperature potential.
В ОУ-прототипе Ip≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается как минимум на порядок больше, чем в заявляемой схеме (фиг.5, фиг.6).In the op-amp prototype I p ≠ 0, therefore, here the systematic component U cm is obtained at least an order of magnitude more than in the claimed scheme (Fig. 5, Fig. 6).
Компьютерное моделирование схем фиг.5 и фиг.6 подтверждает (фиг.7) данные теоретические выводы.Computer simulation of the circuits of Fig.5 and Fig.6 confirms (Fig.7) these theoretical conclusions.
Кроме этого несмотря на существенное уменьшение β транзисторов вследствие радиационных воздействий предлагаемый ОУ имеет в этих условиях меньшее напряжение смещения нуля, чем ОУ-прототип.In addition, despite a significant decrease in β transistors due to radiation exposure, the proposed op-amp has under these conditions a lower bias voltage than the op-amp.
В схеме фиг.3, соответствующей п.2 формулы изобретения, статический режим по цепи базы транзистора 8 устанавливается p-n-переходом 15 и двухполюсником 10.In the circuit of figure 3, corresponding to
Особенность схемы фиг.4 состоит в том, что здесь статический режим транзистора 5 устанавливается не только двухполюсником 10, но и дополнительным коллектором транзистора 8. Это повышает стабильность нуля при нестабильностях токов I14=2I0 и Iэ=2I0 The peculiarity of the circuit of Fig. 4 is that here the static mode of the
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.
ЛитератураLiterature
1. Патент США №4.415.868 fig.3.1. US Patent No. 4,415,868 fig. 3.
2. Патент ФРГ №2928841 fig.3.2. Germany patent No. 2928841 fig. 3.
3. Патент Японии JP 54-34589 кл. 98(5) А014.3. Japan patent JP 54-34589 C. 98 (5) A014.
4. Патент Японии JP 154-10221, кл. H03F 3/45.4. Japanese Patent JP 154-10221,
5. Патент Японии JP 54-102949, кл. 98(5)А21.5. Japan patent JP 54-102949, cl. 98 (5) A21.
6. Патент США №4.366.442 fig.2.6. US Patent No. 4,366,442 fig.2.
7. Патент США №6.426.678.7. US patent No. 6.426.678.
8. Патентная заявка США 2007/0152753 fig.5c.8. US Patent Application 2007/0152753 fig.5c.
9. Патент США №6.531.920, fig.4.9. US Patent No. 6,531,920, fig. 4.
10. Патент США №4.262.261.10. US patent No. 4.262.261.
11. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М.: ИП РадиоСофт, 2002. - 272 с. - Рис.9.3 (стр.235).11. Ezhkov Yu.A. Handbook of amplifier circuitry. - 2nd ed., Revised. - M .: IP RadioSoft, 2002 .-- 272 p. - Fig. 9.3 (p. 235).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009133164/09A RU2416155C1 (en) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | Differential operating amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009133164/09A RU2416155C1 (en) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | Differential operating amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2416155C1 true RU2416155C1 (en) | 2011-04-10 |
Family
ID=44052248
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009133164/09A RU2416155C1 (en) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | Differential operating amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2416155C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615068C1 (en) * | 2015-12-15 | 2017-04-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Bipolar-field differential operational amplifier |
RU2621289C1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain |
RU2621287C2 (en) * | 2015-11-19 | 2017-06-01 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Multidifferential operational amplifier |
-
2009
- 2009-09-03 RU RU2009133164/09A patent/RU2416155C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621287C2 (en) * | 2015-11-19 | 2017-06-01 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Multidifferential operational amplifier |
RU2615068C1 (en) * | 2015-12-15 | 2017-04-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Bipolar-field differential operational amplifier |
RU2621289C1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2365969C1 (en) | Current mirror | |
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2412535C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2412537C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2416152C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2412540C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2416150C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2412539C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2412533C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2433523C1 (en) | Precision differential operational amplifier | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2416151C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2412538C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2412532C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2416154C1 (en) | Two-cascade differential amplifier with low supply voltage | |
RU2400925C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2416153C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2420863C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2419198C1 (en) | Precision operating amplifier | |
RU2412534C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2568318C1 (en) | Multidifferential operating amplifier with low zero offset voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130904 |