RU2419192C1 - Differential amplifier with increased amplification factor - Google Patents
Differential amplifier with increased amplification factor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419192C1 RU2419192C1 RU2009145898/09A RU2009145898A RU2419192C1 RU 2419192 C1 RU2419192 C1 RU 2419192C1 RU 2009145898/09 A RU2009145898/09 A RU 2009145898/09A RU 2009145898 A RU2009145898 A RU 2009145898A RU 2419192 C1 RU2419192 C1 RU 2419192C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- current
- buffer amplifier
- current mirror
- 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, SiGe-операционных усилителях (ОУ), компараторах, стабилизаторах напряжения и т.п.).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 of various functional purposes (for example, SiGe-operational amplifiers (op amps), comparators, voltage stabilizers, etc.).
В современной аналоговой микроэлектронике широко применяются двухкаскадные дифференциальные усилители (ДУ) с активными нагрузками в виде токовых зеркал на биполярных транзисторах, тип проводимости которых противоположен типу проводимости входных транзисторов ДУ (фиг.1) [1-14]. Данная архитектура ДУ относится к числу достаточно широкополосных и весьма часто используется в ВЧ и СВЧ аналоговых устройствах. Однако при низкоомных нагрузках (например, волновых сопротивлениях Rн=50 Ом) такие ДУ имеет невысокие коэффициенты усиления по напряжению (Kу).In modern analog microelectronics, two-stage differential amplifiers (DEs) with active loads in the form of current mirrors on bipolar transistors, the type of conductivity of which is opposite to the type of conductivity of the input transistors of the remote control (Fig. 1), are widely used [1-14]. This remote control architecture is quite broadband and is often used in RF and microwave analog devices. However, with low-impedance loads (for example, wave impedances R n = 50 Ohms), such DEs have low voltage gains (K y ).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ДУ (фиг.1), рассмотренный в патенте США фирмы Sony (Япония) №5.144.169, fig.3. Он содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первое 4 токовое зеркало, вход которого соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, а выход подключен ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, выходной буферный усилитель 5, выход которого связан с низкоомной нагрузкой 6.The closest in technical essence to the claimed device is a remote control (figure 1), discussed in US patent firm Sony (Japan) No. 5.144.169, fig.3. It contains the input
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что при реализации нагрузки в виде низкоомного резистора (например, 50 Ом) его коэффициент усиления получается небольшим.A significant drawback of the known remote control is that when the load is realized in the form of a low-resistance resistor (for example, 50 Ω), its gain is small.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в повышении на один-два порядка коэффициента усиления по напряжению ДУ при использовании сравнительно низкоомных двухполюсников нагрузки (например, Rн=50 Ом).The main objective of the proposed invention is to increase by one or two orders of magnitude the gain in voltage of the remote control when using relatively low-resistance bipolar load (for example, R n = 50 Ohms).
Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первое 4 токовое зеркало, вход которого соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, а выход подключен ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, выходной буферный усилитель 5, выход которого связан с низкоомной нагрузкой 6, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены второе 7 и третье 8 токовые зеркала и дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 9, связанный со входом выходного буферного усилителя 5, базовый вход второго 7 токового зеркала соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и выходом третьего 8 токового зеркала, вход которого связан с выходом второго 7 токового зеркала, причем общий эмиттерный выход второго 7 токового зеркала соединен со входом выходного буферного усилителя 5.This object is achieved in that in the differential amplifier of Fig. 1, comprising an input
На фиг.1 приведена схема ДУ-прототипа.Figure 1 shows a diagram of the remote control prototype.
Схема заявляемого устройства, соответствующего формуле изобретения, представлена на фиг.2, а на фиг.3 - его архитектура для случая, когда выходной буферный усилитель реализован на транзисторе с общим эмиттером.A diagram of the inventive device corresponding to the claims is presented in figure 2, and figure 3 - its architecture for the case when the output buffer amplifier is implemented on a transistor with a common emitter.
На фиг.4-5 показаны схема ДУ-прототипа (фиг.4) и схема заявляемого ДУ (фиг.5) в среде компьютерного моделирования Pspice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.6 - зависимость коэффициента усиления по напряжению сравниваемых схем (фиг.4, 5) от частоты. Данные графики показывают, что несмотря на применение низкоомной нагрузки (Rн=50 Ом в схеме фиг.5) коэффициент усиления по напряжению улучшается на 40,0 Дб (в 100 раз) в сравнении с Kу известного устройства. Это важное достоинство предлагаемого ДУ.Figure 4-5 shows a diagram of the remote control prototype (figure 4) and a diagram of the claimed remote control (figure 5) in the Pspice computer simulation environment on models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar, and figure 6 shows the dependence of the gain according to the voltage of the compared circuits (figure 4, 5) from the frequency. These graphs show that despite the application of a low-impedance load (R n = 50 Ohms in the circuit of FIG. 5), the voltage gain improves by 40.0 dB (100 times) compared to K of the known device. This is an important advantage of the proposed remote control.
Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первое 4 токовое зеркало, вход которого соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, а выход подключен ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, выходной буферный усилитель 5, выход которого связан с низкоомной нагрузкой 6. В схему введены второе 7 и третье 8 токовые зеркала и дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 9, связанный со входом выходного буферного усилителя 5, базовый вход второго 7 токового зеркала соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и выходом третьего 8 токового зеркала, вход которого связан с выходом второго 7 токового зеркала, причем общий эмиттерный выход второго 7 токового зеркала соединен со входом выходного буферного усилителя 5.The differential amplifier with a high gain of Fig. 2 contains an input
В частном случае (фиг.2) входной дифференциальный каскад 1 реализован на базе транзисторов 10, 11 и двухполюснике 12, токовое зеркало 4 - транзисторах 13 и 14, буферный усилитель - транзисторе 15 и двухполюснике 16, токовое зеркало 7 - диоде 17 и транзисторе 18.In the particular case (figure 2), the input
На фиг.5 представлен ДУ фиг.2, в котором выходной буферный усилитель 5 реализован на транзисторе 19 и двухполюснике 20.Figure 5 presents the remote control of figure 2, in which the
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.Consider the operation of the remote control of figure 2.
Статический режим транзисторов 10 и 11 ДУ фиг.2 устанавливается двухполюсником 12. При введении общей отрицательной обратной связи в ДУ фиг.2 статический ток через его двухполюсник 9:The static mode of the
где R9 - сопротивление двухполюсника 9;where R 9 is the resistance of the two-
Uэб.15%≈0,7 В - напряжение эмиттер-база транзистора 15;U eb. 15% ≈0.7 V - voltage emitter-base of the transistor 15;
I0 - статический ток токовых зеркал 7 и 8.I 0 - static current of
Если на вход Bx.(+)1 подается положительное напряжение uвх.1, то это вызывает увеличение напряжения в узле 3 (u3), а также напряжения на входе буферного усилителя 5 (uвх.5) и, как следствие, напряжения на нагрузке 6 (u6=uн), причемIf the input is Bx. (+) 1 a
Поэтому ток в нагрузке 6 увеличивается, что приводит к изменению входного тока i5 буферного усилителя 5:Therefore, the current in the
где Ki5 - коэффициент усиления по току буферного усилителя 5.where K i5 is the current gain of the
Как следствие, суммарный переменный ток iΣ общей эмиттерной цепи второго 7 токового зеркалаAs a result, the total alternating current i Σ of the total emitter circuit of the second 7 current mirror
Если положить, что коэффициенты передачи второго 7 и третьего 8 токовых зеркал близки к единице, то разностный ток ip, «нагружающий» входной дифференциальный каскад 1, будет близок к нулю:If we assume that the transmission coefficients of the second 7 and third 8 current mirrors are close to unity, then the difference current i p , which “loads” the input
Или после преобразований:Or after conversions:
Таким образом, эквивалентное сопротивление нагрузки выходной подсхемы ДУ фиг.2:Thus, the equivalent load resistance of the output subcircuit of FIG. 2:
Учитывая, что Ki7≈1, Ki8≈1, находим, что в заявляемой схеме сопротивление нагрузки R6=Rн не влияет на коэффициент усиления по напряжению Kу Given that K i7 ≈1, K i8 ≈1, we find that in the claimed circuit, the load resistance R 6 = R n does not affect the voltage gain K y
где rэ10=rэ11 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 10 и 11 входного дифференциального каскада 1.where r e10 = r e11 - resistance of the emitter junctions of
Это позволяет получить более высокие значения Kу при малых Rн=10÷50 Ом.This allows for higher values of K at small R y n = 10 ÷ 50 ohms.
Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the claimed device has significant advantages compared with the prototype.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №4.042.886.1. US patent No. 4.042.886.
2. Патент Японии JP 10032437.2. Japan patent JP 10032437.
3. Патент Японии JP 2005033558.3. Japan patent JP 2005033558.
4. Патент США №4.595.883, fig.4.4. US Patent No. 4,595.883, fig. 4.
5. Патентная заявка США №2005/0063270 А1, fig.2.5. US patent application No. 2005/0063270 A1, fig.2.
6. Патент США №5.166.638, fig.1.6. US patent No. 5.166.638, fig.1.
7. Патент США №5.537.081, fig.3.7. US patent No. 5.537.081, fig. 3.
8. Патент США №6.114.904.8. US patent No. 6.114.904.
9. Патент США №5.144.169 fig.3.9. US patent No. 5.144.169 fig.3.
10. Патент США №4.223.276.10. US patent No. 4.223.276.
11. Патент США №5.365.191, fig.9.11. US patent No. 5.365.191, fig. 9.
12. Патент США №5.144.259.12. US Patent No. 5.144.259.
13. Патент США №6.870.426, fig.5.13. US patent No. 6.870.426, fig.5.
14. Патент США№5.148.121, fig.1.14. U.S. Patent No. 5.148.121, fig. 1.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009145898/09A RU2419192C1 (en) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | Differential amplifier with increased amplification factor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009145898/09A RU2419192C1 (en) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | Differential amplifier with increased amplification factor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2419192C1 true RU2419192C1 (en) | 2011-05-20 |
Family
ID=44733819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009145898/09A RU2419192C1 (en) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | Differential amplifier with increased amplification factor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2419192C1 (en) |
-
2009
- 2009-12-10 RU RU2009145898/09A patent/RU2419192C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2416146C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor | |
RU2419192C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor | |
RU2419196C1 (en) | Broad-band differential amplifier | |
RU2346386C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2293433C1 (en) | Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal | |
RU2421878C1 (en) | Cascode broadband amplifier | |
RU2444114C1 (en) | Operational amplifier with low-resistance load | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2383099C2 (en) | Differential amplifier with low-resistance inputs | |
RU2446554C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2420861C1 (en) | Differential amplifier with high amplification ratio by voltage | |
RU2394362C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2390911C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2416148C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor | |
RU2368067C1 (en) | Differential amplifier with high input resistance | |
RU2419193C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2400925C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2390917C1 (en) | Buffer amplifier | |
RU2423778C1 (en) | High-frequency compensation cascode differential amplifier | |
RU2420863C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121211 |