RU2419187C1 - Cascode differential amplifier with increased zero level stability - Google Patents
Cascode differential amplifier with increased zero level stability Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419187C1 RU2419187C1 RU2010105113/09A RU2010105113A RU2419187C1 RU 2419187 C1 RU2419187 C1 RU 2419187C1 RU 2010105113/09 A RU2010105113/09 A RU 2010105113/09A RU 2010105113 A RU2010105113 A RU 2010105113A RU 2419187 C1 RU2419187 C1 RU 2419187C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- transistor
- emitter
- current
- collector
- 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, прецизионных решающих и операционных усилителях с малыми: значениями э.д.с. 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, precision decision and operational amplifiers with small: zero-bias emf values).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ОУ на базе «перегнутых» каскодов [1-15], получившие широкое применение в микроэлектронных изделиях. Предполагаемое изобретение относится к данному типу устройств.In modern electronic equipment, differential amplifiers (DU) with significant different parameters are used. A special place is occupied by op-amps based on “kinked” cascodes [1-15], which are widely used in microelectronic products. The alleged invention relates to this type of device.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому ДУ является классическая схема фиг.1, представленная в патенте США фирмы Motorola № 5.734.296 fig.5, которая также присутствует в других патентах [2-15].Closest to the technical nature of the claimed DU is the classical scheme of figure 1, presented in US patent firm Motorola No. 5.734.296 fig.5, which is also present in other patents [2-15].
Существенный недостаток известного ДУ фиг.1 состоит в том, что он имеет повышенное значение систематической составляющей напряжения смещения нуля Uсм.A significant disadvantage of the known DE figure 1 is that it has an increased value of the systematic component of the zero bias voltage U see
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении напряжения смещения нуля Uсм, а также его дрейфа в условиях температурных и радиационных воздействий.The main objective of the invention is to reduce the bias voltage of zero U cm , as well as its drift under conditions of temperature and radiation effects.
Поставленная задача достигается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальнмй каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, имеющее первый 5 и второй 6 эмиттерный входы, базовый 7 ход и токовый выход 8, первый 5 эмиттерный вход токового зеркала 4 подключен к первому 2 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, а второй 6 эмиттерный вход токового зеркала 4 соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, базовый 7 вход токового зеркала 4 подключен к коллектору первого 9 вспомогательного транзистора, токовый выход 8 токового зеркала 4 подключен к коллектору второго 10 вспомогательного транзистора, базы первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов связаны друг с другом и подключены к источнику напряжения смещения 11, база входного транзистора выходного эмиттерного повторителя 12 подключена к коллектору второго 10 вспомогательного транзистора, а его эмиттер связан с выходом устройства 13, причем эмиттеры первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов подключены к первому 14 источнику питания через первый 15, второй 16 вспомогательные резисторы, предусмотрены новые связи - в схему введен дополнительный транзистор 17, коллектор которого связан с выходом 13 устройства, база - соединена с эмиттером первого 9 вспомогательного транзистора, эмиттер - через первый 18 дополнительный резистор связан с первым 14 источником питания, а коллектор входного транзистора выходного эмиттерного повторителя 12 подключен ко второму 9 источнику питания, причем все вспомогательные 9, 10 и дополнительный 17 транзисторы имеют один тип проводимости.This object is achieved in that in the cascode differential amplifier of Fig. 1, comprising an input
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1, п.2 и п.3 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 и фиг.4 приведены схемы ДУ - аналога (фиг.3) и заявляемого ДУ (фиг.4) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».Figure 3 and figure 4 shows the remote control - analogue (figure 3) and the claimed remote control (figure 4) in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors FSUE NPP "Pulsar".
На фиг.5 показаны результаты компьютерного моделирования схем фиг.3 и фиг.4 - зависимость напряжения смещения нуля Uсм от температуры.Figure 5 shows the results of computer simulation of the circuits of figure 3 and figure 4 - the dependence of the bias voltage of zero U cm from temperature.
Каскодный дифференциальный усилитель с повышенной стабильностью нулевого уровня фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, имеющее первый 5 и второй 6 эмиттерный входы, базовый 7 вход и токовый выход 8, первый 5 эмиттерный вход токового зеркала 4 подключен к первому 2 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, а второй 6 эмиттерный вход токового зеркала 4 соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, базовый 7 вход токового зеркала 4 подключен к коллектору первого 9 вспомогательного транзистора, токовый выход 8 токового зеркала 4 подключен к коллектору второго 10 вспомогательного транзистора, базы первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов связаны друг с другом и подключены к источнику напряжения смещения 11, база входного транзистора выходного эмиттерного повторителя 12 подключена к коллектору второго 10 вспомогательного транзистора, а его эмиттер связан с выходом устройства 13, причем эмиттеры первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов подключены к первому 14 источнику питания через первый 15, второй 16 вспомогательные резисторы. В схему введен дополнительный транзистор 17, коллектор которого связан с выходом 13 устройства, база - соединена с эмиттером первого 9 вспомогательного транзистора, эмиттер - через первый 18 дополнительный резистор связан с первым 14 источником питания, а коллектор входного транзистора выходного эмиттерного повторителя 12 подключен ко второму 19 источнику питания, причем все вспомогательные 9, 10 и дополнительный 17 транзисторы имеют один тип проводимости.The cascode differential amplifier with increased zero level stability of FIG. 2 comprises an input
Кроме этого на фиг.2 в соответствии с п.2 формулы изобретения входной дифференциальный каскад 1 содержит первый 20 и второй 21 входные транзисторы, эмиттеры которых соединены с транзистором 22 источника опорного тока, коллектор первого 20 входного транзистора входного дифференциального каскада 1 соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и соединен со вторым 19 источником питания через первый 23 коллекторный резистор, коллектор второго 21 входного транзистора входного дифференциального каскада 1 соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и связан со вторым 19 источником питания через второй 24 коллекторный резистор, эмиттер транзистора 22 источника опорного тока соединен с первым 14 источником питания через эмиттерный резистор 25, а база транзистора 22 источника опорного тока подключена к источнику напряжения смещения 11.In addition, in Fig. 2, in accordance with claim 2, the input
На фиг.2 в соответствии с п.3 формулы изобретения токовое зеркало 4 содержит первый 26 и второй 27 транзисторы, эмиттер первого 26 транзистора токового зеркала 4 соединен со вторым 6 эмиттерным входом токового зеркала 4, а коллектор - с базовым 7 входом токового зеркала 4, эмиттер второго 27 транзистора токового зеркала 4 через дополнительный p-n-переход 28 подключен к первому 5 эмиттерному входу токового зеркала 4, а коллектор соединен с токовым выходом 8 токового зеркала 4, база первого 26 транзистора токового зеркала 4 подключена к эмиттеру второго 27 транзистора токового зеркала 4, база второго 27 транзистора токового зеркала 4 подключена к коллектору первого 26 транзистора токового зеркала 4.In Fig. 2, in accordance with
Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2.Consider the operation of the inventive device of figure 2.
Статический режим по току транзисторов 9, 10 и 14, 17, 20, 21, а также элементов токового зеркала 4 устанавливается резисторами 15, 16, 18, 25 и зависит от величины напряжения источника смещения 11 (Ес). Будем считать, что за счет выбора номиналов этих элементов токи через них одинаковы:The static current mode of the
где R0=R15=R16=R18.where R 0 = R 15 = R 16 = R 18 .
Тогда эмиттерный Iэ и коллекторный Iк токи транзисторов 9 и 10:Then the emitter I e and collector I to the currents of
где Iб.р. - температурно-зависимый ток базы n-p-n транзистора при токе эмиттера I0.where I b.r. - temperature-dependent base current npn of the transistor at an emitter current of I 0 .
Коллекторный ток транзистора 9 поступает на базовый вход 7 токового зеркала 4. Поэтому выходной ток Iвых.Т3 токового зеркала 4, повторяющий его входной ток (Iвых.Т3):The collector current of the
В результате в цепи базы транзистора 12 происходит взаимная компенсация трех токов Iвых.Т3, Iб.12 и Iк.10, что является необходимым условием для уменьшения напряжения смещения нуля ДУ:As a result, in the base circuit of the
В усилителе-прототипе фиг.1 в узле 8 при его коротком замыкании на эквивалентную общую шину образуется разностный ток Iр:In the amplifier prototype of figure 1 in
Для его компенсации необходимо на входы ДУ Вх.1, Вх.2 подать Uсм, равное:To compensate for it, it is necessary to feed U cm equal to:
где SДУ - крутизна преобразования входного напряжения uвх ДУ в выходной ток узла 8.where S DU - the steepness of the conversion of the input voltage u I remote in the output current of the
Для ДУ фиг.1:For remote control 1:
где rэ.20, rэ.21 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов входного дифференциального каскада 1.where r e.20 , r e.21 - the resistance of the emitter junctions of the transistors of the input
Следовательно, для ДУ-прототипа:Therefore, for the remote control prototype:
В предлагаемом ДУ разностный ток Iр равен нулю. Поэтому систематическая составляющая его напряжения смещения нуля (Ucм) значительно меньше (4,3 мкВ, фиг, 4, фиг.5), чем в известном устройстве (603,8 мкВ, фиг.3, фиг.5).In the proposed remote control differential current I p equal to zero. Therefore, the systematic component of its zero bias voltage (U cm ) is much less (4.3 μV, FIG. 4, FIG. 5) than in the known device (603.8 μV, FIG. 3, FIG. 5).
Данные выводы подтверждаются результатами компьютерного моделирования сравниваемых схем (фиг.5).These findings are confirmed by the results of computer modeling of the compared circuits (figure 5).
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 № 5.734.296, fig.5.1. US Patent No. 5.734.296, fig. 5.
2. Патент США № 4.293.824.2. US Patent No. 4.293.824.
3. Патент RU № 2331974.3. Patent RU No. 2331974.
4. Патент США № 4.600.893.4. US Patent No. 4.600.893.
5. Патент США № 5.952.882, fig.2.5. US Patent No. 5.952.882, fig.2.
6. Патент RU № 2331965.6. Patent RU No. 2331965.
7. Патент США № 6.456.162, fig.1.7. US Patent No. 6.456.162, fig. 1.
8. Патент США № 6.501,333.8. US Patent No. 6.501.333.
9. Патент США № 6.542.030.9. US Patent No. 6.542.030.
10. Патент США № 4.293.824.10. US patent No. 4.293.824.
11. Патент США № 6.717.466.11. US patent No. 6.717.466.
12. Патент США № 5.420.540.12. US Patent No. 5.420.540.
13. Патент США № 5.523.718.13. US patent No. 5.523.718.
14. Патент США № 4.644.295.14. US patent No. 4.644.295.
15. Патент Англии № 2.035.003, кл.Н3Т.15. Patent of England No. 2.035.003, CL H3T.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105113/09A RU2419187C1 (en) | 2010-02-12 | 2010-02-12 | Cascode differential amplifier with increased zero level stability |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105113/09A RU2419187C1 (en) | 2010-02-12 | 2010-02-12 | Cascode differential amplifier with increased zero level stability |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2419187C1 true RU2419187C1 (en) | 2011-05-20 |
Family
ID=44733814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010105113/09A RU2419187C1 (en) | 2010-02-12 | 2010-02-12 | Cascode differential amplifier with increased zero level stability |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2419187C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463703C1 (en) * | 2011-11-10 | 2012-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Cascode differential amplifier |
RU2677364C1 (en) * | 2018-03-05 | 2019-01-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Input stage of high-speed operational amplifier |
-
2010
- 2010-02-12 RU RU2010105113/09A patent/RU2419187C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463703C1 (en) * | 2011-11-10 | 2012-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Cascode differential amplifier |
RU2677364C1 (en) * | 2018-03-05 | 2019-01-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Input stage of high-speed operational amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419187C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased zero level stability | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2455757C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2421893C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2449466C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2412529C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2416145C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2374757C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2449465C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2444114C1 (en) | Operational amplifier with low-resistance load | |
RU2450425C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2402156C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411642C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2402157C1 (en) | Cascode operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2401507C1 (en) | Buffer amplifier with low zero-shift voltage | |
RU2402870C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130213 |