RU2446555C2 - Differential operational amplifier - Google Patents
Differential operational amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446555C2 RU2446555C2 RU2010118638/08A RU2010118638A RU2446555C2 RU 2446555 C2 RU2446555 C2 RU 2446555C2 RU 2010118638/08 A RU2010118638/08 A RU 2010118638/08A RU 2010118638 A RU2010118638 A RU 2010118638A RU 2446555 C2 RU2446555 C2 RU 2446555C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- input
- collector
- current mirror
- 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, решающих усилителях с малыми значениями э.д.с. смещения нуля и его дрейфа в условиях воздействия температуры или радиации).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, decision amplifiers with small values of the emf of zero bias and its drift under conditions of temperature or radiation )
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение операционные усилители (ОУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ОУ с простейшей архитектурой, содержащие небольшое число элементов. На их основе выполняются, например, различные классы селективных цепей, где число маломощных усилителей может измеряться десятками единиц. Предлагаемое изобретение относится к данному типу устройств.In modern electronic equipment, operational amplifiers (op amps) with significant different parameters are used. A special place is occupied by op-amps with the simplest architecture, containing a small number of elements. On their basis, for example, various classes of selective circuits are performed, where the number of low-power amplifiers can be measured in tens of units. The present invention relates to this type of device.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому ОУ является классическая схема фиг.1 (патент США №6.549.072, fig.1, он же патент СА 2472125), которая стала основой построения большого числа аналоговых устройств различного назначения, в том числе микросхем (574УД3, 153УД2, 1407УД3, СА3078 и др. [1-13]).The closest in technical essence to the claimed op-amp is the classical circuit of figure 1 (US patent No. 6.549.072, fig.1, aka CA 2472125), which became the basis for constructing a large number of analog devices for various purposes, including microcircuits (574UD3 , 153UD2, 1407UD3, CA3078 et al. [1-13]).
Существенный недостаток известного ОУ фиг.1 состоит в том, что он имеет невысокий коэффициент усиления по напряжению (Ку).A significant disadvantage of the known op-amp of FIG. 1 is that it has a low voltage gain (K y ).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении Ку. Дополнительная - уменьшение напряжения смещения нуля (Uсм).The main objective of the invention is to increase the moment. Additional - reducing the bias voltage of zero (U cm ).
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе, фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, объединенные эмиттеры которых связаны с первым 3 источником питания через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, токовое зеркало 5, общий эмиттерный выход которого соединен со вторым 6 источником питания, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого связан со вторым 6 источником питания, коллектор соединен с выходом устройства 8 и через второй токостабилизирующий двухполюсник 9 подключен к первому 3 источнику питания, а база подключена к выходу токового зеркала 5 и коллектору второго 2 входного транзистора, причем коллектор первого 1 входного транзистора связан со входом токового зеркала 5, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены третий 10 и четвертый 11 входные транзисторы, эмиттеры которых подключены к эмиттерам первого 1 и второго 2 входных транзисторов, коллектор четвертого 11 входного транзистора соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, базы второго 2 и четвертого 11 входных транзисторов соединены, базы третьего 10 и первого 1 входных транзисторов связаны друг с другом, коллектор третьего 10 входного транзистора подключен ко второму 6 источнику питания, база первого 12 дополнительного транзистора соединена с базой первого 7 выходного транзистора, эмиттер первого 12 дополнительного транзистора подключен к шине второго 6 источника питания, коллектор первого 12 дополнительного транзистора связан с эмиттером второго 13 дополнительного транзистора, база второго 13 дополнительного транзистора соединена с коллектором первого 1 входного транзистора, а коллектор второго 13 дополнительного транзистора подключен к первому 3 источнику питания, причем коэффициент передачи по току токового зеркала 5 близок к двум единицам.The problem is solved in that in the differential amplifier, figure 1, containing the first 1 and second 2 input transistors, the combined emitters of which are connected to the first 3 power source through the first 4 current-stabilizing two-terminal network, a
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 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 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.3 формулы изобретения.Figure 3 shows a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.4 показана схема ДУ-прототипа в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW ФГУП НПП «Пульсар».Figure 4 shows a diagram of the remote control prototype in a computer simulation environment Cadence on models of integrated transistors HJW FSUE NPP Pulsar.
На фиг.5 показана схема заявляемого устройства в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW ФГУП НПП «Пульсар».Figure 5 shows a diagram of the inventive device in a computer simulation environment Cadence on models of integrated transistors HJW FSUE NPP Pulsar.
На фиг.6 приведены амплитудно-частотные характеристики сравниваемых схем фиг.4 и фиг.5.Figure 6 shows the amplitude-frequency characteristics of the compared circuits of figure 4 and figure 5.
Дифференциальный усилитель, фиг.2, содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, объединенные эмиттеры которых связаны с первым 3 источником питания через первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, токовое зеркало 5, общий эмиттерный выход которого соединен со вторым 6 источником питания, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого связан со вторым 6 источником питания, коллектор соединен с выходом устройства 8 и через второй токостабилизирующий двухполюсник 9 подключен к первому 3 источнику питания, а база подключена к выходу токового зеркала 5 и коллектору второго 2 входного транзистора, причем коллектор первого 1 входного транзистора связан со входом токового зеркала 5. В схему введены третий 10 и четвертый 11 входные транзисторы, эмиттеры которых подключены к эмиттерам первого 1 и второго 2 входных транзисторов, коллектор четвертого 11 входного транзистора соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, базы второго 2 и четвертого 11 входных транзисторов соединены, базы третьего 10 и первого 1 входных транзисторов связаны друг с другом, коллектор третьего 10 входного транзистора подключен ко второму 6 источнику питания, база первого 12 дополнительного транзистора соединена с базой первого 7 выходного транзистора, эмиттер первого 12 дополнительного транзистора подключен к шине второго 6 источника питания, коллектор первого 12 дополнительного транзистора связан с эмиттером второго 13 дополнительного транзистора, база второго 13 дополнительного транзистора соединена с коллектором первого 1 входного транзистора, а коллектор второго 13 дополнительного транзистора подключен к первому 3 источнику питания, причем коэффициент передачи по току токового зеркала 5 близок к двум единицам.The differential amplifier, figure 2, contains the first 1 and second 2 input transistors, the combined emitters of which are connected to the first 3 power supply through the first 4 current-stabilizing bipolar
На фиг.2 в соответствии с п.2 формулы изобретения коллектор первого 1 входного транзистора связан со входом токового зеркала через дополнительную цепь согласования потенциалов 14. Необходимость введения цепи согласования потенциалов 14 определяется схемой токового зеркала 5. Например, при реализации токового зеркала 5 в соответствии с п.3 формулы изобретения цепь согласования потенциалов 14 может не вводиться.In Fig. 2, in accordance with
На фиг.3 в соответствии с п.3 формулы изобретения токовое зеркало 5 содержит первый 16 и второй 17 вспомогательные транзисторы, эмиттеры которых соединены со вторым 6 источником питания, базы объединены и подключены к эмиттеру третьего 18 вспомогательного транзистора, коллектор второго 17 вспомогательного транзистора соединен с базой третьего 18 вспомогательного транзистора и является входом токового зеркала 5, коллектор первого 16 вспомогательного транзистора является выходом токового зеркала 5, причем площадь эмиттерного перехода первого 16 вспомогательного транзистора приблизительно в два раза превышает площадь эмиттерного перехода второго 17 вспомогательного транзистора. Практически это означает параллельное включение двух транзисторов в качестве составного транзистора 16.In Fig. 3, in accordance with
Для определения Uсм ДУ рассмотрим основные токовые соотношения в схеме фиг.2.To determine U cm remote control consider the main current relations in the circuit of figure 2.
Если принять, что ток общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада 1 на транзисторах 1, 2, 10, 11 равен 4I0, а ток двухполюсника 9 I9=I0, то токи в схеме фиг.2If we assume that the current of the common emitter circuit of the input
где Iбр, Iбn - ток базы n-p-n (p-n-p) транзисторов ДУ при Iэ=I0.where I br , I bn is the base current of the npn (pnp) transistors of the remote control at I e = I 0 .
Учитывая, что коэффициент передачи по току токового зеркала 5 равен двум единицам (Кi12.5=2), можно найти ток в узле «А»:Given that the current transfer coefficient of the
Подставляя (1)-(6) в (7), находим, что сумма токов в узле «А» равна нулю. Как следствие, это уменьшает напряжение смещения нуля Uсм. Действительно, разностный ток Iр в узле «А» ДУ фиг.1 создает Uсм, зависящее от крутизны S1 преобразования входного напряжения uвх ДУ фиг.1 в выходной ток узла «А»Substituting (1) - (6) in (7), we find that the sum of the currents in the node "A" is equal to zero. As a result, this reduces the bias voltage of zero U cm . Indeed, the differential current I p in the node “A” of the control unit of FIG. 1 creates U cm , depending on the steepness S 1 of converting the input voltage u I of the control unit of FIG. 1 to the output current of the unit “A”
где rэ1=rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 1 и 2.where r e1 = r e2 are the resistance of the emitter junctions of the
Поэтому для схем фиг.2Therefore, for the schemes of figure 2
где S2 - крутизна входного каскада фиг.2.where S 2 - the steepness of the input stage of figure 2.
Таким образом, в ДУ-прототипе Ip≠0, и, как следствие, систематическая составляющая напряжения смещения нуля Uсм получается на порядок больше.Thus, in the remote control prototype I p ≠ 0, and, as a result, the systematic component of the zero bias voltage U cm is an order of magnitude larger.
Рассмотрим работу ДУ фиг.3 на переменном токе - определим его коэффициент усиления по напряжению:Consider the operation of the remote control of Fig.3 on alternating current - we determine its voltage gain:
где - коэффициент усиления первого каскада;Where - gain of the first stage;
- коэффициент усиления второго каскада. - gain of the second stage.
ПричемMoreover
где Rн.экв.А - эквивалентное выходное сопротивление узла «А»;where R n.aq.A - equivalent output resistance of the node "A";
Rн.экв.8 - эквивалентное сопротивление в цепи выхода 8 (коллекторная нагрузка транзистора 7);R n.Eq. 8 - equivalent resistance in the output circuit 8 (collector load of the transistor 7);
S1 - крутизна преобразования входного напряжения ДУ в выходной ток узла «А»;S 1 - the steepness of the conversion of the input voltage of the remote control into the output current of the node "A";
rэ7 - сопротивление эмиттерного перехода транзистора 7.r e7 is the resistance of the emitter junction of the
Основная составляющая Rн.экв.А в ДУ-прототипе - параллельно включенные входные сопротивления транзисторов 12 и 7 в схеме с общим эмиттером:The main component of R n.aq.A. in the prototype remote control is the parallel input impedances of
где β7 (β12) - коэффициент усиления по току базы транзистора 7 (12).where β 7 (β 12 ) is the current gain of the base of transistor 7 (12).
В заявляемой схеме токовое зеркало 5 на транзисторах 16, 17 и 18 обеспечивает усиление по току в два раза и формирует усиленную в два раза передачу в узел «А» приращения тока базы транзистора 13. Как следствие, суммарное приращение токов в узле «А», вызванное изменением напряжения uA, будет равно нулю:In the claimed scheme, the
где Кi5=2 - коэффициент усиления по току токового зеркала 5 (транзисторы 16-18).where K i5 = 2 is the current gain of the current mirror 5 (transistors 16-18).
Это эквивалентно повышению эффективного сопротивления в узле «А»:This is equivalent to increasing the effective resistance in the node "A":
Повышение по сравнению с Rн.экв.А ДУ-прототипа повышает в Ny-раз коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.2.Increase in comparison with R n.eq.A, the remote control prototype increases in N y times the gain in voltage of the remote control of FIG. 2.
Данные выводы подтверждаются результатами компьютерного моделирования сравниваемых схем (фиг.6) - предлагаемый ДУ имеет на порядок более высокий Ку.These findings are confirmed by the results of computer simulation of the compared circuits (Fig.6) - the proposed remote control has an order of magnitude higher K y .
Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the claimed device has significant advantages in comparison with the prototype.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №4.410.859 fig.1.1. US Patent No. 4,410.859 fig. 1.
2. Патент США №4.721.920.2. US patent No. 4.721.920.
3. Патент США №4.783.637.3. US patent No. 4.783.637.
4. А.св. СССР №678639.4. A. St. USSR No. 678639.
5. Патент США №4.560.948.5. US Patent No. 4,560,948.
6. А.св. №1193773.6. A. St. No. 1193773.
7. Патент США №4.463.319.7. US patent No. 4.463.319.
8. Патент W003/063344A1.8. Patent W003 / 063344A1.
9. Патент США №5.343.164.9. US patent No. 5.343.164.
10. Патент США №4.417.216.10. US patent No. 4.417.216.
11. Патент США №5.365.191 fig.7.11. US patent No. 5.365.191 fig. 7.
12. Патент США №4.163.908.12. US patent No. 4.163.908.
13. Патент Японии №54-37561 fig.1.13. Japanese Patent No. 54-37561 fig. 1.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010118638/08A RU2446555C2 (en) | 2010-05-07 | 2010-05-07 | Differential operational amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010118638/08A RU2446555C2 (en) | 2010-05-07 | 2010-05-07 | Differential operational amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2446555C2 true RU2446555C2 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=46031055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010118638/08A RU2446555C2 (en) | 2010-05-07 | 2010-05-07 | Differential operational amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446555C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU208890U1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-01-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" | COMBINED SEEDER |
RU208889U1 (en) * | 2021-07-14 | 2022-01-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" | COMBINED SEEDER |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4095164A (en) * | 1976-10-05 | 1978-06-13 | Rca Corporation | Voltage supply regulated in proportion to sum of positive- and negative-temperature-coefficient offset voltages |
US4418290A (en) * | 1980-05-26 | 1983-11-29 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Voltage comparator |
US6549072B1 (en) * | 2002-01-16 | 2003-04-15 | Medtronic, Inc. | Operational amplifier having improved input offset performance |
-
2010
- 2010-05-07 RU RU2010118638/08A patent/RU2446555C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4095164A (en) * | 1976-10-05 | 1978-06-13 | Rca Corporation | Voltage supply regulated in proportion to sum of positive- and negative-temperature-coefficient offset voltages |
US4418290A (en) * | 1980-05-26 | 1983-11-29 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Voltage comparator |
US6549072B1 (en) * | 2002-01-16 | 2003-04-15 | Medtronic, Inc. | Operational amplifier having improved input offset performance |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПОЛОННИКОВ Д.Е. Операционные усилители: принципы построения, теория, схемотехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.94, рис.3.9. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU208890U1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-01-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" | COMBINED SEEDER |
RU208889U1 (en) * | 2021-07-14 | 2022-01-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" | COMBINED SEEDER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2446555C2 (en) | Differential operational amplifier | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2331964C1 (en) | Voltage-to-current converter | |
RU2414808C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2390921C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2419187C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased zero level stability | |
RU2365029C1 (en) | Cascode difference amplifier with low offset voltage | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2420862C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2444119C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2421894C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2432665C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2390918C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2421889C1 (en) | Differential amplifier with low zero offset voltage | |
RU2365970C1 (en) | Current mirror | |
RU2420863C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2455758C1 (en) | Cascode differential amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120508 |