RU2432668C1 - Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом - Google Patents
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432668C1 RU2432668C1 RU2010144112/09A RU2010144112A RU2432668C1 RU 2432668 C1 RU2432668 C1 RU 2432668C1 RU 2010144112/09 A RU2010144112/09 A RU 2010144112/09A RU 2010144112 A RU2010144112 A RU 2010144112A RU 2432668 C1 RU2432668 C1 RU 2432668C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- output
- emitter
- collector
- additional
- 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, ВЧ и СВЧ-усилителях, фильтрах, драйверах линий связи и т.п.). Технический результат: повышение предельных значений коэффициента усиления по напряжению ДУ при низковольтном питании в рамках техпроцессов SGB25VD. Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, первый (3) и второй (4) выходные транзисторы, эмиттеры которых соединены с соответствующими первым (5) и вторым (6) парафазными выходами устройства и через первый (7) и второй (8) токостабилизирующие двухполюсники связаны с шиной первого (9) источника питания, первый (10) резистор коллекторной нагрузки, включенный между базой первого (3) выходного транзистора и шиной второго (11) источника питания, второй (12) резистор коллекторной нагрузки, включенный между базой второго (4) выходного транзистора и шиной второго (11) источника питания, третий (13) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого (1) входного транзистора и шиной первого (9) источника питания, причем коллекторы первого (3) и второго (4) выходных транзисторов соединены с шиной второго (11) источника питания. Коллектор первого (1) входного транзистора связан со входом первого (14) дополнительного токового зеркала и через третий (15) резистор коллекторной нагрузки соединен с шиной второго (11) источника питания, причем коллекторный выход первого (14) дополнительного токового зеркала связан с базой первого (3) выходного транзис�
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, ВЧ и СВЧ-усилителях, фильтрах, драйверах линий связи и т.п.).
В современной микроэлектронике находят применение классические дифференциальные операционные усилители (ДУ) с двумя резисторами в коллекторной цепи выходных транзисторов [1-17]. Данная архитектура является основой широкого класса IP-модулей систем связи и является базовой как для существующих, так и для принципиально новых технологий [10].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является дифференциальный усилитель по патенту US 6.285.245, фиг.1.
Существенный недостаток известного ДУ, архитектура которого присутствует также во многих других усилительных каскадах [1-17], состоит в том, что при ограничениях на напряжение питания (Еп), характерных для SiGe технологических процессов (Еп≤2,0÷2,5 В), его коэффициент усиления по напряжению (Кy) получается небольшим (Кymax=10÷20). В первую очередь это обусловлено ограничениями на сопротивления резисторов коллекторной нагрузки, которые из-за малых Еп не могут выбираться высокоомными. В то же время применение активных нагрузок на p-n-р транзисторах не всегда допускается.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении предельных значений коэффициента усиления по напряжению ДУ при низковольтном питании в рамках техпроцессов SGB25VD.
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, первый 3 и второй 4 выходные транзисторы, эмиттеры которых соединены с соответствующими первым 5 и вторым 6 парафазными выходами устройства и через первый 7 и второй 8 токостабилизирующие двухполюсники связаны с шиной первого 9 источника питания, первый 10 резистор коллекторной нагрузки, включенный между базой первого 3 выходного транзистора и шиной второго 11 источника питания, второй 12 резистор коллекторной нагрузки, включенный между базой второго 4 выходного транзистора и шиной второго 11 источника питания, третий 13 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и шиной первого 9 источника питания, причем коллекторы первого 3 и второго 4 выходных транзисторов соединены с шиной второго 11 источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - коллектор первого 1 входного транзистора связан со входом первого 14 дополнительного токового зеркала и через третий 15 резистор коллекторной нагрузки соединен с шиной второго 11 источника питания, причем коллекторный выход первого 14 дополнительного токового зеркала связан с базой первого 3 выходного транзистора, а общий эмиттерный выход первого 14 дополнительного токового зеркала подключен к эмиттеру первого 3 выходного транзистора, коллектор второго 2 входного транзистора связан со входом второго 16 дополнительного токового зеркала и через четвертый 17 резистор коллекторной нагрузки соединен с шиной второго 11 источника питания, причем коллекторный выход второго 16 дополнительного токового зеркала связан с базой второго 4 выходного транзистора, а общий эмиттерный выход второго 16 дополнительного токового зеркала подключен к эмиттеру второго 4 выходного транзистора, эмиттер первого 1 входного транзистора соединен с эмиттером первого 18 дополнительного транзистора, эмиттер второго 2 входного транзистора соединен с эмиттером второго 19 дополнительного транзистора и через четвертый 20 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого 9 источника питания, коллектор первого 18 дополнительного транзистора соединен с базой первого 3 выходного транзистора, коллектор второго 19 дополнительного транзистора соединен с базой второго 4 выходного транзистора, объединенные базы первого 18 и второго 19 дополнительных транзисторов связаны с эмиттером первого 3 выходного транзистора через первый 21 вспомогательный резистор и соединены с эмиттером второго 4 выходного транзистора через второй 22 вспомогательный резистор.
На фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.
Схема заявляемого устройства, соответствующего формуле изобретения, показана на фиг.2.
На фиг.3 представлена схема заявляемого ДУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных SiGe транзисторов.
Графики фиг.4 характеризуют частотную зависимость коэффициента усиления по напряжению (Кy) сравниваемых ДУ фиг.1 и фиг.2 при сопротивления резисторов обратной связи (21, 22):R21=R22=R=200 Ом.
График фиг.5 характеризует частотную зависимость коэффициента усиления разомкнутого ДУ при R21=R22=R=1 кОм.
На фиг.6 показана зависимость выходного синусоидального напряжения ДУ фиг.3 при R21=R22=R=1 кОм.
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, первый 3 и второй 4 выходные транзисторы, эмиттеры которых соединены с соответствующими первым 5 и вторым 6 парафазными выходами устройства и через первый 7 и второй 8 токостабилизирующие двухполюсники связаны с шиной первого 9 источника питания, первый 10 резистор коллекторной нагрузки, включенный между базой первого 3 выходного транзистора и шиной второго 11 источника питания, второй 12 резистор коллекторной нагрузки, включенный между базой второго 4 выходного транзистора и шиной второго 11 источника питания, третий 13 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и шиной первого 9 источника питания, причем коллекторы первого 3 и второго 4 выходных транзисторов соединены с шиной второго 11 источника питания, отличается тем, что коллектор первого 1 входного транзистора связан со входом первого 14 дополнительного токового зеркала и через третий 15 резистор коллекторной нагрузки соединен с шиной второго 11 источника питания, причем коллекторный выход первого 14 дополнительного токового зеркала связан с базой первого 3 выходного транзистора, а общий эмиттерный выход первого 14 дополнительного токового зеркала подключен к эмиттеру первого 3 выходного транзистора, коллектор второго 2 входного транзистора связан со входом второго 16 дополнительного токового зеркала и через четвертый 17 резистор коллекторной нагрузки соединен с шиной второго 11 источника питания, причем коллекторный выход второго 16 дополнительного токового зеркала связан с базой второго 4 выходного транзистора, а общий эмиттерный выход второго 16 дополнительного токового зеркала подключен к эмиттеру второго 4 выходного транзистора, эмиттер первого 1 входного транзистора соединен с эмиттером первого 18 дополнительного транзистора, эмиттер второго 2 входного транзистора соединен с эмиттером второго 19 дополнительного транзистора и через четвертый 20 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого 9 источника питания, коллектор первого 18 дополнительного транзистора соединен с базой первого 3 выходного транзистора, коллектор второго 19 дополнительного транзистора соединен с базой второго 4 выходного транзистора, объединенные базы первого 18 и второго 19 дополнительных транзисторов связаны с эмиттером первого 3 выходного транзистора через первый 21 вспомогательный резистор и соединены с эмиттером второго 4 выходного транзистора через второй 22 вспомогательный резистор.
На чертеже фиг.2 для пояснения работы схемы ДУ обозначены узлы 23
и 24.
Рассмотрим работу ДУ фиг.1 и фиг.3 на переменном токе.
Коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.1 без обратной связи определяется сопротивлением первого 10 двухполюсника коллекторной нагрузки:
где S1-2=(rэ1+rэ2)-1 - крутизна усиления входного каскада, зависящая от сопротивлений эмиттерных переходов (rэ1, rэ2) транзисторов 1 и 2 входного дифференциального каскада.
Покажем аналитически, что более высокие значения Ку.з реализуются в схеме фиг.2.
Коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.2 можно найти по формуле
где Rэкв.23 _ эквивалентное сопротивление в узле 23;
u23 - напряжение в узле 23;
1, 18 при эмиттерном токе Iэi=I0;
φт≈25 мВ - температурный потенциал.
Изменение u23 в узле 23 приводит к появлению токов i10 через двухполюсник коллекторной нагрузки 10 и тока i15 через двухполюсник 15:
где u24≈uвых1≈u23 - напряжения в узле 24, на выходе ДУ и в узле 23.
Последнее равенство объясняется единичной передачей по напряжению эмиттерного повторителя на транзисторе 3 и свойствами токового зеркала 14.
Приращение i15 поступает на вход токового зеркала 9, что создает ток i14 на его выходе:
где Кi12.14≈1 - коэффициент передачи по току дополнительного токового зеркала 14.
Следовательно, эквивалентное приращение тока в узле 23 (1экв.23) и эквивалентное сопротивление в узле 23:
Таким образом, коэффициент усиления по напряжению разомкнутого ДУ фиг.2:
Если выбрать R15=R10, то из (1) и (7) при Кi12.14=0,9-0,99 следует, что в предлагаемом ДУ коэффициент усиления Ку.з повышается в Ny раз, где
Предельные значения Ку.mах в схеме фиг.2 определяются, прежде всего, входным сопротивлением эмиттерного повторителя на транзисторе 3.
Второе «плечо» заявляемого ДУ работает аналогично. Однако вместе с рассмотренным входным каскадом на транзисторах 1, 18 оно образует симметричную схему, в которой обеспечивается нулевой уровень выходного синфазного напряжения:
где Iб - ток базы транзисторов 18, 19.
Таким образом, предлагаемый усилитель имеет повышенный коэффициент усиления по напряжению и малый нулевой уровень выходного синфазного сигнала.
Заявляемая схема с данными свойствами особенно перспективна для использования в микроэлектронных СВЧ-устройствах, реализуемых по техпроцессу SG25VD и др. при низковольтном питании.
Литература
1. Патент США №3.541.464.
2. Патентная заявка WO 2004/102789.
3. Патент США №5.389.893.
4. Патент Японии JP 53-142849.
5. А.св. СССР 1102019.
6. Патентная заявка WO 2005/077525.
7. Патентная заявка США №2006/0181348.
8. Патентная заявка WO 2006/077525.
9. Патент Англии GB 2419052.
10. Патентная заявка США №2008/0290941.
11. Патент WO 96/21271.
12. Патентная заявка США 2009/0108882 fig.3.
13. Патент Японии JP 55030218.
14. Патент Англии GB 1350352.
15. Патент Японии JP 54-47467.
16. Патент Японии JP 55099810.
17. Патент ФРГ DE 2821942.
Claims (1)
- Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, первый (3) и второй (4) выходные транзисторы, эмиттеры которых соединены с соответствующими первым (5) и вторым (6) парафазными выходами устройства и через первый (7) и второй (8) токостабилизирующие двухполюсники связаны с шиной первого (9) источника питания, первый (10) резистор коллекторной нагрузки, включенный между базой первого (3) выходного транзистора и шиной второго (11) источника питания, второй (12) резистор коллекторной нагрузки, включенный между базой второго (4) выходного транзистора и шиной второго (11) источника питания, третий (13) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого (1) входного транзистора и шиной первого (9) источника питания, причем коллекторы первого (3) и второго (4) выходных транзисторов соединены с шиной второго (11) источника питания, отличающийся тем, что коллектор первого (1) входного транзистора связан со входом первого (14) дополнительного токового зеркала и через третий (15) резистор коллекторной нагрузки соединен с шиной второго (11) источника питания, причем коллекторный выход первого (14) дополнительного токового зеркала связан с базой первого (3) выходного транзистора, а общий эмиттерный выход первого (14) дополнительного токового зеркала подключен к эмиттеру первого (3) выходного транзистора, коллектор второго (2) входного транзистора связан со входом второго (16) дополнительного токового зеркала и через четвертый (17) резистор коллекторной нагрузки соединен с шиной второго (11) источника питания, причем коллекторный выход второго (16) дополнительного токового зеркала связан с базой второго (4) выходного транзистора, а общий эмиттерный выход второго (16) дополнительного токового зеркала подключен к эмиттеру второго (4) выходного транзистора, эмиттер первого (1) входного транзистора соединен с эмиттером первого (18) дополнительного транзистора, эмиттер второго (2) входного транзистора соединен с эмиттером второго (19) дополнительного транзистора и через четвертый (20) токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого (9) источника питания, коллектор первого (18) дополнительного транзистора соединен с базой первого (3) выходного транзистора, коллектор второго (19) дополнительного транзистора соединен с базой второго (4) выходного транзистора, объединенные базы первого (18) и второго (19) дополнительных транзисторов связаны с эмиттером первого (3) выходного транзистора через первый (21) вспомогательный резистор и соединены с эмиттером второго (4) выходного транзистора через второй (22) вспомогательный резистор.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010144112/09A RU2432668C1 (ru) | 2010-10-27 | 2010-10-27 | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010144112/09A RU2432668C1 (ru) | 2010-10-27 | 2010-10-27 | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2432668C1 true RU2432668C1 (ru) | 2011-10-27 |
Family
ID=44998213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010144112/09A RU2432668C1 (ru) | 2010-10-27 | 2010-10-27 | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2432668C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543298C2 (ru) * | 2012-07-27 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Управляемый избирательный усилитель |
-
2010
- 2010-10-27 RU RU2010144112/09A patent/RU2432668C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543298C2 (ru) * | 2012-07-27 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Управляемый избирательный усилитель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2419197C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
| RU2432669C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
| RU2364020C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу | |
| RU2428786C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
| RU2432668C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| WO2019189602A1 (ja) | トラック・アンド・ホールド回路 | |
| RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2432667C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
| US6734720B2 (en) | Operational amplifier in which the idle current of its output push-pull transistors is substantially zero | |
| RU2441316C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2284647C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2439780C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2421896C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
| RU2396698C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2390912C2 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2319289C1 (ru) | Двухтактный дифференциальный усилитель | |
| RU2383099C2 (ru) | Дифференциальный усилитель с низкоомными входами | |
| RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2374757C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| CN107017876B (zh) | 高频程控容性阻抗电路及测量装置 | |
| RU2468500C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2432665C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| JPWO2012032736A1 (ja) | 増幅回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121028 |