RU2439778C1 - Differential operational amplifier with paraphase output - Google Patents
Differential operational amplifier with paraphase output Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439778C1 RU2439778C1 RU2010145649/08A RU2010145649A RU2439778C1 RU 2439778 C1 RU2439778 C1 RU 2439778C1 RU 2010145649/08 A RU2010145649/08 A RU 2010145649/08A RU 2010145649 A RU2010145649 A RU 2010145649A RU 2439778 C1 RU2439778 C1 RU 2439778C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- bus
- current
- input
- additional
- Prior art date
Links
Images
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, решающих усилителях (ОУ), компараторах, мостовых усилителях мощности 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 for various functional purposes (for example, decision amplifiers (op amps), comparators, bridge power amplifiers, etc.).
Известны схемы классических двухкаскадных дифференциальных операционных усилителей (ДУ) с парафазным выходом, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем [1-12].Known circuits of classic two-stage differential operational amplifiers (DU) with paraphase output, which became the basis of many serial analog circuits [1-12].
Кроме того, ДУ данного класса активно применяются в структуре СВЧ-устройств, реализованных на базе новейших SiGe-технологий. Это связано с возможностью построения на их основе активных RC-фильтров гигагерцового диапазона для современных и перспективных систем связи, мостовых усилителей мощности.In addition, the remote controls of this class are actively used in the structure of microwave devices implemented on the basis of the latest SiGe technologies. This is due to the possibility of building on their basis active GHz-frequency RC filters for modern and promising communication systems, bridge power amplifiers.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в патентной заявке US 2006/0038616 fig.1, содержащий входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, а также первым 4 и вторым 5 входами, являющимися входами устройства, шину первого 6 источника питания, связанную с общей эмиттерной цепью входного дифференциального каскада 1, первый 7 выходной транзистор, база которого соединена с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, коллектор подключен к шине второго 8 источника питания, а эмиттер связан с первым 9 вспомогательным выходом устройства и через первый 10 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого 6 источника питания, второй 11 выходной транзистор, база которого соединена со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, коллектор подключен к шине второго 8 источника питания, а эмиттер связан со вторым 12 вспомогательным выходом устройства и через второй 13 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого 6 источника питания, первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и шиной второго 8 источника питания, второй 15 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и шиной второго 8 источника питания.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier described in patent application US 2006/0038616 fig.1, containing an input
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых выходное статическое синфазное напряжение ДУ будет иметь высокую стабильность и нулевое значение.The main objective of the invention is to create conditions under which the output static common-mode voltage of the remote control will have high stability and zero value.
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном операционном усилителе с парафазным выходом фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, а также первым 4 и вторым 5 входами, являющимися входами устройства, шину первого 6 источника питания, связанную с общей эмиттерной цепью входного дифференциального каскада 1, первый 7 выходной транзистор, база которого соединена с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, коллектор подключен к шине второго 8 источника питания, а эмиттер связан с первым 9 вспомогательным выходом устройства и через первый 10 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого 6 источника питания, второй 11 выходной транзистор, база которого соединена со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, коллектор подключен к шине второго 8 источника питания, а эмиттер связан со вторым 12 вспомогательным выходом устройства и через второй 13 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого 6 источника питания, первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и шиной второго 8 источника питания, второй 15 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и шиной второго 8 источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 дополнительные транзисторы, эмиттеры которых связаны друг с другом и через третий 20 токостабилизирующий двухполюсник связаны с шиной первого 6 источника питания, коллекторы первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов объединены и подключены к шине второго 8 источника питания, база первого 16 дополнительного транзистора связана с первым 4 входом входного дифференциального каскада, являющимся входом устройства, база второго 17 дополнительного транзистора связана со вторым 5 входом входного дифференциального каскада, являющимся входом устройства, коллектор третьего 18 дополнительного транзистора подключен к базе второго 7 выходного транзистора, коллектор четвертого 19 дополнительного транзистора соединен с базой второго 11 выходного транзистора, причем первый 9 вспомогательный выход устройства соединен с базами третьего 18 и четвертого 19 дополнительных транзисторов через первый 21 резистор обратной связи, а второй 12 вспомогательный выход устройства соединен с базами третьего 18 и четвертого 19 дополнительных транзисторов через второй 22 резистор обратной связи.The problem is solved in that in a differential operational amplifier with a paraphase output of FIG. 1, comprising an input
На фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.In Fig.1 shows a diagram of the remote control prototype.
На фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.Figure 2 shows a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.2 формулы изобретения.Figure 3 shows a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.4 представлена схема фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».Figure 4 presents the scheme of figure 3 in the environment of computer simulation PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На фиг.5 показана частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению ОУ фиг.4, а на фиг.6 - временные зависимости напряжений на выходах ОУ фиг.4 при входном напряжении 20 мВ.Figure 5 shows the frequency dependence of the voltage gain of the op-amp of Fig. 4, and Fig. 6 shows the time dependences of the voltages at the outputs of the op-amp of Fig. 4 at an input voltage of 20 mV.
На фиг.7 приведена схема драйвера дифференциальной линии связи на основе ДУ фиг.3 с элементами общей отрицательной обратной связи резисторами (R5, R8, R6, R7).In Fig.7 shows a diagram of a driver of a differential communication line based on the remote control of Fig.3 with elements of the common negative feedback resistors (R5, R8, R6, R7).
График фиг.8 показывает частотную зависимость коэффициента усиления по напряжению драйвера дифференциальной линии связи фиг.7.The graph of FIG. 8 shows the frequency dependence of the voltage gain of the differential link driver of FIG. 7.
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, а также первым 4 и вторым 5 входами, являющимися входами устройства, шину первого 6 источника питания, связанную с общей эмиттерной цепью входного дифференциального каскада 1, первый 7 выходной транзистор, база которого соединена с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, коллектор подключен к шине второго 8 источника питания, а эмиттер связан с первым 9 вспомогательным выходом устройства и через первый 10 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого 6 источника питания, второй 11 выходной транзистор, база которого соединена со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, коллектор подключен к шине второго 8 источника питания, а эмиттер связан со вторым 12 вспомогательным выходом устройства и через второй 13 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной первого 6 источника питания, первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и шиной второго 8 источника питания, второй 15 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и шиной второго 8 источника питания. В схему введены первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 дополнительные транзисторы, эмиттеры которых связаны друг с другом и через третий 20 токостабилизирующий двухполюсник связаны с шиной первого 6 источника питания, коллекторы первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов объединены и подключены к шине второго 8 источника питания, база первого 16 дополнительного транзистора связана с первым 4 входом входного дифференциального каскада, являющимся входом устройства, база второго 17 дополнительного транзистора связана со вторым 5 входом входного дифференциального каскада, являющимся входом устройства, коллектор третьего 18 дополнительного транзистора подключен к базе второго 7 выходного транзистора, коллектор четвертого 19 дополнительного транзистора соединен с базой второго 11 выходного транзистора, причем первый 9 вспомогательный выход устройства соединен с базами третьего 18 и четвертого 19 дополнительных транзисторов через первый 21 резистор обратной связи, а второй 12 вспомогательный выход устройства соединен с базами третьего 18 и четвертого 19 дополнительных транзисторов через второй 22 резистор обратной связи.The differential operational amplifier with a paraphase output of Fig. 2 contains an input
В качестве первого 10, второго 13 и третьего 20 токостабилизирующих двухполюсников авторы рекомендуют использовать классические источники опорного тока на транзисторах или сравнительно высокоомные резисторы.As the first 10, second 13 and third 20 current-stabilizing two-terminal networks, the authors recommend using classical sources of reference current on transistors or relatively high-resistance resistors.
Первый 14 и второй 15 двухполюсники коллекторной нагрузки реализуются на основе сравнительно высокоомных резисторов либо в виде источников опорного тока на p-n-p транзисторах, если их применение допускается.The first 14 and second 15 two-pole collector loads are implemented on the basis of relatively high-resistance resistors or in the form of reference current sources on p-n-p transistors, if their use is allowed.
На фиг.2 входной дифференциальный каскад 1 реализован на транзисторах 23, 24 и классическом источнике опорного тока 25.In Fig.2, the input
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, первый 9 вспомогательный выход устройства связан с базами третьего 18 и четвертого 19 дополнительных транзисторов через последовательно соединенные первый 26 дополнительный буферный усилитель и первый 21 резистор обратной связи, а второй 12 вспомогательный выход устройства связан с базой третьего 18 и четвертого 19 дополнительных транзисторов через последовательно соединенные второй 27 дополнительный буферный усилитель и второй 22 резистор обратной связи.In Fig. 3, in accordance with
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.Consider the operation of the remote control of figure 2.
Статический режим по току транзисторов предлагаемого ДУ устанавливается двухполюсниками 14, 15, 20, 25, 10 и 13:The static current mode of the transistors of the proposed remote control is set by two-
где Iкi - коллекторный ток i-го транзистора.where I ki is the collector current of the i-th transistor.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа статические напряжения на вспомогательных выходах 9 и 12:In accordance with the second law of Kirchhoff, the static voltage at the
где Uэб.17=Uэб.16=Uэб.19=Uэб.18 - напряжения «эмиттер-база» транзисторов 17, 16, 19 и 18;where U eb . 17 = U eb . 16 = U eb . 19 = U eb. 18 - emitter-base voltage of
Iб.18=Iб.19 - токи базы дополнительных транзисторов 18 и 19.I b . 18 = I b. 19 - base currents of
Если выбрать R21=R22, ТО:If you choose R 21 = R 22 , THEN:
С учетом типовых численных значений Iб.18=Iб.19 и R21=R22 практических схем ДУ из уравнения (3) можно сделать вывод о том, что в заявляемом ДУ статические выходные напряжения U9=U12 близки к единицам милливольт.Given the typical numerical values of I b . 18 = I b. 19 and R 21 = R 22 of the practical control circuits from equation (3), we can conclude that in the claimed control circuit, the static output voltages U 9 = U 12 are close to millivolts .
Графики фиг.6 показывают, что в схемах ДУ фиг.2 диапазон изменения uвых при низковольтном питании (±2 В) лежит в пределах ±1 В. При этом коэффициент усиления по напряжению ДУ при использовании резисторов в качестве двухполюсников коллекторной нагрузки 14 и 15 более 40 дБ (фиг.5).The graphs of Fig. 6 show that in the remote control circuits of Fig. 2, the range of variation of u output at low-voltage power supply (± 2 V) is within ± 1 V. Moreover, the voltage gain of the remote control when using resistors as two-terminal collector loads 14 and 15 more than 40 dB (figure 5).
В схеме фиг.3. которая отличается от схемы фиг.2 наличием буферных усилителей 26 и 27, значительно снижаются требования к величине сопротивлений резисторов обратной связи 21 и 22, что позволяет получить на выходах Вых.*1 и Вых.*2 нулевые уровни статических напряжений независимо от статических параметров дополнительных буферных усилителей 26 и 27. Однако в схеме фиг.3, соответствующей п.2 формулы изобретения, в низкоомной нагрузке, включенной между выходами Вых.*1 и Вых.*2, могут быть получены значительно большие мощности, которые определяются свойствами буферных усилителей 26 и 27. Кроме этого в архитектуре рис.3 максимальные амплитуды выходных напряжений положительной и отрицательной полярностей близки к сумме напряжений первого 6 и второго 8 источников питания.In the diagram of figure 3. which differs from the circuit of FIG. 2 by the presence of
Таким образом, заявляемый дифференциальный операционный усилитель имеет нулевой уровень выходного синфазного напряжения. Это весьма существенно для его согласования с последующими функциональными узлами различных систем на кристалле, а также для получения боле широкого диапазона изменения выходных противофазных напряжений.Thus, the claimed differential operational amplifier has a zero level of output common-mode voltage. This is very important for its coordination with the subsequent functional units of various systems on the chip, as well as for obtaining a wider range of output antiphase voltages.
Источники информацииInformation sources
1. Патентная заявка США №2009/108882, fig.3.1. US Patent Application No. 2009/108882, fig. 3.
2. Патентная заявка США №2005/0088232, fig.1.2. US Patent Application No. 2005/0088232, fig. 1.
3. Патент Франции №2409640, fig.1.3. French Patent No. 2409640, fig. 1.
4. Патентная заявка США №2009/0221259, fig.13.4. US patent application No. 2009/0221259, fig.13.
5. Патентная заявка США №2005/0200414.5. US Patent Application No. 2005/0200414.
6. Патент США №4.680.553, fig.13.6. US Patent No. 4,680.553, fig.13.
7. Патентная заявка США №2004/0046592, fig.2.7. US Patent Application No. 2004/0046592, fig. 2.
8. Патент США №4.276.485, fig.1.8. US patent No. 4.276.485, fig.1.
9. Патент JP №54079553, fig.1.9. JP Patent No. 54079553, fig. 1.
10. Патент GB №2008883, fig.l.10. GB Patent No. 20088883, fig.l.
11. Патент США №6.462.618.11. US patent No. 6.462.618.
12. Патентная заявка США №2005/0110571, fig.6, fig.7.12. US patent application No. 2005/0110571, fig. 6, fig. 7.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145649/08A RU2439778C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145649/08A RU2439778C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2439778C1 true RU2439778C1 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010145649/08A RU2439778C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2439778C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724921C1 (en) * | 2020-02-06 | 2020-06-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Operational amplifier with a paraphase output for active rc-filters operating under conditions of neutron flux and low temperatures |
RU2770916C1 (en) * | 2021-10-07 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Operational amplifier on complementary field-effect transistors |
RU2797566C1 (en) * | 2023-02-27 | 2023-06-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Input cascade of a high-speed differential operational amplifier with nonlinear correction of the transient process |
-
2010
- 2010-11-09 RU RU2010145649/08A patent/RU2439778C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724921C1 (en) * | 2020-02-06 | 2020-06-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Operational amplifier with a paraphase output for active rc-filters operating under conditions of neutron flux and low temperatures |
RU2770916C1 (en) * | 2021-10-07 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Operational amplifier on complementary field-effect transistors |
RU2797566C1 (en) * | 2023-02-27 | 2023-06-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Input cascade of a high-speed differential operational amplifier with nonlinear correction of the transient process |
RU2811071C1 (en) * | 2023-10-09 | 2024-01-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed operational amplifier with differential transient correction circuit |
RU2813010C1 (en) * | 2023-10-09 | 2024-02-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed operational amplifier based on complementary bent cascades |
RU2813280C1 (en) * | 2023-10-11 | 2024-02-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed operational amplifier based on complementary bent cascade |
RU2813133C1 (en) * | 2023-10-17 | 2024-02-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed operational amplifier based on bent cascade with differentiating transient correction circuit |
RU2812914C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-02-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Low offset gallium arsenide op amp |
RU2813140C1 (en) * | 2023-11-02 | 2024-02-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Gallium arsenide operational amplifier |
RU2813281C1 (en) * | 2023-11-02 | 2024-02-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Gallium arsenide operational amplifier based on pnp bipolar and field-effect transistors with control pn junction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2439778C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2331971C1 (en) | Differential amplifier with extended rating of operation | |
RU2333593C1 (en) | Differential amplifier with wider active operation range | |
RU2446554C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2595927C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2615066C1 (en) | Operational amplifier | |
RU2536376C1 (en) | Operational amplifier with paraphase output | |
RU2321159C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2436226C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2452077C1 (en) | Operational amplifier with paraphase output | |
RU2595926C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2383099C2 (en) | Differential amplifier with low-resistance inputs | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2595923C1 (en) | High-speed operational amplifier based on "bent" cascode | |
RU2331970C1 (en) | Differential amplifier of ab class | |
RU2439779C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier with paraphase output | |
RU2421894C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2444119C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2450425C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2469465C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121110 |