RU2446556C1 - Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом - Google Patents
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446556C1 RU2446556C1 RU2010142519/08A RU2010142519A RU2446556C1 RU 2446556 C1 RU2446556 C1 RU 2446556C1 RU 2010142519/08 A RU2010142519/08 A RU 2010142519/08A RU 2010142519 A RU2010142519 A RU 2010142519A RU 2446556 C1 RU2446556 C1 RU 2446556C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- bus
- additional
- input
- emitter
- 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, решающих усилителях, фильтрах, компараторах т.п.). Технический результат: создание условий, при которых выходное статическое синфазное напряжение дифференциального усилителя (ДУ) будет иметь высокую стабильность и нулевое значение. Дополнительная задача - расширение частотного диапазона за счет исключения эффекта умножения емкостей коллектор-база входных транзисторов (Т) (1) и (2) и его влияния на входной импеданс ДУ в диапазоне высоких частот. ДУ содержит первый (1) и второй (2) входные Т, базы которых соединены со входами (3) и (4) устройства, первый (5) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого (1) входного Т и шиной первого (6) источника питания (ИП), первый (7) и второй (8) выходные Т, коллекторы которых соединены с шиной второго (9) ИП, эмиттеры связаны с соответствующими выходами (10), (11) устройства и связаны друг с другом через два последовательно соединенных первого (12) и второго (13) резисторов цепи обратной связи, первый (14) двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой первого (7) выходного Т и шиной второго (9) ИП, второй (15) двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой второго (8) выходного Т и шиной второго (9) ИП. В схему введены первый (16) и второй (17) дополнительные Т с объединенными базами, эмиттер первого (16) дополнительного Т соединен с эмиттером первого (1) входного Т, эмиттер второго (17) дополнительного Т соединен с эмиттером второго (2) входного Т и связан с шиной первого (6) ИП через первый (18) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, коллектор первого (16) дополнительного Т связан с базой первого (7) выходного Т, коллектор второго (17) дополнительного Т соединен с базой второго (8) выходного Т, причем эмиттеры первого (7) и второго (8) выходных Т связаны с шиной первого (6) ИП через соответствующие первый (19) и второй (20) вспомогательные двухполюсники, а общий узел последовательно соединенных первого (12) и второго (13) резисторов обратной связи соединен с базами первого (16) и второго (17) дополнительных Т. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
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, фильтрах, компараторах т.п.).
Известны схемы классических дифференциальных операционных усилителей (ДУ) [1-14] с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем первого и второго поколения.
В последние годы ДУ данного класса стали снова активно применяться в структуре СВЧ-устройств [1, 2, 3], 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. В значительной степени этому способствует простота установления статического режима ДУ при низковольтном питании (1,2÷2,1)В, которое характерно для SiGe транзисторов с предельными частотами 120÷160 ГГц.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель по патенту RU 2346382, содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых соединены со входами 3 и 4 устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и шиной первого 6 источника питания, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, коллекторы которых соединены с шиной второго 9 источника питания, эмиттеры связаны с соответствующими выходами 10, 11 устройства и связаны друг с другом через два последовательно соединенных первый 12 и второй 13 резисторы цепи обратной связи, первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой первого 7 выходного транзистора и шиной второго 9 источника питания, второй 15 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой второго 8 выходного транзистора и шиной второго 9 источника питания, напряжения первого 6 источника питания.
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет нестабильный уровень выходного синфазного напряжения, зависящий от параметров резисторов обратной связи 12 и 13 и напряжения первого 6 источника питания. Это значительно затрудняет его согласование с последующим и функциональными узлами.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых выходное статическое синфазное напряжение ДУ будет иметь высокую стабильность и нулевое значение.
Дополнительная задача - расширение частотного диапазона за счет исключения эффекта умножения емкостей коллектор-база входных транзисторов 1 и 2 и его влияния на входной импеданс ДУ в диапазоне высоких частот.
Поставленные задачи решаются тем, что в дифференциальном операционном усилителе с парафазным выходом (фиг.1), содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых соединены со входами 3 и 4 устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и шиной первого 6 источника питания, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, коллекторы которых соединены с шиной второго 9 источника питания, эмиттеры связаны с соответствующими выходами 10, 11 устройства и связаны друг с другом через два последовательно соединенных первый 12 и второй 13 резисторы цепи обратной связи, первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой первого 7 выходного транзистора и шиной второго 9 источника питания, второй 15 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой второго 8 выходного транзистора и шиной второго 9 источника питания. В схему введены первый 16 и второй 17 дополнительные транзисторы с объединенными базами, эмиттер первого 16 дополнительного транзистора соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора, эмиттер второго 17 дополнительного транзистора соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора и связан с шиной первого 6 источника питания через первый 18 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, коллектор первого 16 дополнительного транзистора связан с базой первого 7 выходного транзистора, коллектор второго 17 дополнительного транзистора соединен с базой второго 8 выходного транзистора, причем эмиттеры первого 7 и второго 8 выходных транзисторов связаны с шиной первого 6 источника питания через соответствующие первый 19 и второй 20 вспомогательные двухполюсники, а общий узел последовательно соединенных первого 12 и второго 13 резисторов обратной связи соединен с базами первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов.
На фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.
На фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.1, п.2 формулы изобретения.
На фиг.3 показана схема заявляемого ДУ в среде компьютерного моделирования Cadance на моделях интегральных транзисторов ФГУП ИПП «Пульсар», а на фиг.4 - зависимость его коэффициента усиления по напряжению от частоты.
На фиг.5 представлена зависимость выходных напряжений для парафазных и дифференциальных выходов ДУ (фиг.3) от входного синусоидального напряжения uвх=30 мВ. Графики фиг.5 показывают, что заявляемый ДУ имеет два противофазных выходных напряжения и нулевой уровень выходного синфазного статического напряжения.
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом (фиг.2) содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых соединены со входами 3 и 4 устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и шиной первого 6 источника питания, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, коллекторы которых соединены с шиной второго 9 источника питания, эмиттеры связаны с соответствующими выходами 10, 11 устройства и связаны друг с другом через два последовательно соединенных первый 12 и второй 13 резисторы цепи обратной связи, первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой первого 7 выходного транзистора и шиной второго 9 источника питания, второй 15 двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой второго 8 выходного транзистора и шиной второго 9 источника питания. В схему введены первый 16 и второй 17 дополнительные транзисторы с объединенными базами, эмиттер первого 16 дополнительного транзистора соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора, эмиттер второго 17 дополнительного транзистора соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора и связан с шиной первого 6 источника питания через первый 18 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, коллектор первого 16 дополнительного транзистора связан с базой первого 7 выходного транзистора, коллектор второго 17 дополнительного транзистора соединен с базой второго 8 выходного транзистора, причем эмиттеры первого 7 и второго 8 выходных транзисторов связаны с шиной первого 6 источника питания через соответствующие первый 19 и второй 20 вспомогательные двухполюсники, а общий узел последовательно соединенных первого 12 и второго 13 резисторов обратной связи соединен с базами первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов.
На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, коллекторы первого 1 и второго 2 входных транзисторов соединены с шиной второго 9 источника питания.
Рассмотрим работу ДУ (фиг.2).
Статический режим по току транзисторов предлагаемого ДУ устанавливается двухполюсниками 5, 14, 15, 18, 19 и 20. Причем коллекторные и эмиттерные токи:
Статическое напряжение U10 на выходах Вых.1 (10) и Вых.2 (11) ДУ при нулевом входном сигнале (uвх=0) можно найти из уравнения:
где Uэб.1=Uэб.16, Uэб.2=Uэб.17 - напряжение «эмиттер-база» входных транзисторов 1 и 16, 2 и 1.7;
Таким образом, при -типовых значениях токов базы транзисторов 16, 17, а также при R12=R13=500÷1000 Ом выходное синфазное напряжение ДУ (фиг.2) практически равно нулю в широком диапазоне температурных и радиационных воздействий, а также изменений напряжений питания. Это весьма существенно для согласования заявляемого ДУ с последующими функциональными узлами радиоэлектронной аппаратуры.
Кроме этого, схема фиг.2 имеет более широкий частный диапазон по входной проводимости. Это связано с тем, что в ней по входам 3, 4 отсутствует эффект умножения емкостей «коллектор-база» (Скб) входных транзисторов (1, 2), характерный для ДУ-прототипа (фиг.1), в котором входные емкости
где Свх.3, Свх.4 - входные емкости ДУ (фиг.1) по первому (3) и второму (4) входам;
Ку1>>1, Ку2>>1 - коэффициент усиления по напряжению входного каскада ДУ со входов (3), (4) до коллекторов соответствующих транзисторов (1) и (2).
В заявляемом ДУ (фиг.2) входные емкости минимальны:
Это расширяет частотный диапазон ДУ.
Таким образом, предлагаемый ДУ имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.
Литература
1. Budyakov, A.Design of Fully Differential OpAmps for GHz Range Applications [Текст] / Budyakov A., Schmalz K., Prokopenko M, Scheytt C., Ostrovskyy P. // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники: сб. материалов VI Международного научно-практического семинара. В 3-х ч. Ч.1. Функциональные узлы аналоговых интегральных схем и сложных функциональных блоков. / под ред. Н.Н.Прокопенко. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2007 - С.106-110.
2. S.P.Voinigescu, et al., "Design Methodology and Applications of SiGe BiCMOS Cascode Opamps with up to 37-GHz Unity Gain Bandwidth," IEEE CS1CS, Techn. Digest, pp.283-286, Nov. 2005, фиг.2.
3. S.P.Voinigescu, et al., "SiGe BiCMOS for Analog, High-Speed Digital and Millimetre-Wave Applications Beyond 50 GHz," IEEE BCTM, pp.1-8, Oct.2006.
4. Патент США №4.274.394, фиг.2.
5. Патент США №3.619.797.
6. Патент США №3.622.902.
7. Патент США №3.440.554.
8. А.св. СССР №299013.
9. Патент Англии №1.1.75.329, НЗТ.
10. Патент США №3.304.512.
11. Патент США №4.371.93.
12. А.св. СССР №421105.
13. А.св. СССР №764100.
14. А.св. СССР №669471.
Claims (2)
1. Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, базы которых соединены со входами (3) и (4) устройства, первый (5) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого (1) входного транзистора и шиной первого (6) источника питания, первый (7) и второй (8) выходные транзисторы, коллекторы которых соединены с шиной второго (9) источника питания, эмиттеры связаны с соответствующими выходами (10), (11) устройства и связаны друг с другом через два последовательно соединенных первого (12) и второго (13) резисторов цепи обратной связи, первый (14) двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой первого (7) выходного транзистора и шиной второго (9) источника питания, второй (15) двухполюсник коллекторной нагрузки, включенный между базой второго (8) выходного транзистора и шиной второго (9) источника питания, отличающийся тем, что в схему введены первый (16) и второй (17) дополнительные транзисторы с объединенными базами, эмиттер первого (16) дополнительного транзистора соединен с эмиттером первого (1) входного транзистора, эмиттер второго (17) дополнительного транзистора соединен с эмиттером второго (2) входного транзистора и связан с шиной первого (6) источника питания через первый (18) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, коллектор первого (16) дополнительного транзистора связан с базой первого (7) выходного транзистора, коллектор второго (17) дополнительного транзистора соединен с базой второго (8) выходного транзистора, причем эмиттеры первого (7) и второго (8) выходных транзисторов связаны с шиной первого (6) источника питания через соответствующие первый (19) и второй (20) вспомогательные двухполюсники, а общий узел последовательно соединенных первого (12) и второго (13) резисторов обратной связи соединен с базами первого (16) и второго (17) дополнительных транзисторов.
2. Дифференциальный операционный усилитель по п.1, отличающийся тем, что коллекторы первого (1) и второго (2) входных транзисторов соединены с шиной второго (9) источника питания.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010142519/08A RU2446556C1 (ru) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010142519/08A RU2446556C1 (ru) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2446556C1 true RU2446556C1 (ru) | 2012-03-27 |
Family
ID=46031024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010142519/08A RU2446556C1 (ru) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2446556C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3959733A (en) * | 1975-02-12 | 1976-05-25 | National Semiconductor Corporation | Differential amplifier |
| US4007427A (en) * | 1976-04-07 | 1977-02-08 | Rca Corporation | Cascaded transistor amplifier stages |
| US7272728B2 (en) * | 2004-06-14 | 2007-09-18 | Iovation, Inc. | Network security and fraud detection system and method |
| RU2346382C1 (ru) * | 2007-12-06 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
| RU2364020C1 (ru) * | 2007-11-30 | 2009-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу |
-
2010
- 2010-10-18 RU RU2010142519/08A patent/RU2446556C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3959733A (en) * | 1975-02-12 | 1976-05-25 | National Semiconductor Corporation | Differential amplifier |
| US4007427A (en) * | 1976-04-07 | 1977-02-08 | Rca Corporation | Cascaded transistor amplifier stages |
| US7272728B2 (en) * | 2004-06-14 | 2007-09-18 | Iovation, Inc. | Network security and fraud detection system and method |
| RU2364020C1 (ru) * | 2007-11-30 | 2009-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу |
| RU2346382C1 (ru) * | 2007-12-06 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2419197C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
| RU2393627C1 (ru) | Широкополосный операционный усилитель с дифференциальным выходом | |
| RU2364020C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу | |
| RU2346382C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2421887C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2413355C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2446556C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
| RU2419196C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
| RU2475942C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
| RU2384936C1 (ru) | Управляемый двухкаскадный дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу | |
| RU2321159C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2452077C1 (ru) | Операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2419187C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенной стабильностью нулевого уровня | |
| RU2435293C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2481698C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2432667C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2436226C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2419199C1 (ru) | Драйвер дифференциальной линии связи | |
| RU2642337C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| RU2419193C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2439781C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121019 |