RU2449464C1 - Differential operational amplifier with paraphase output - Google Patents
Differential operational amplifier with paraphase output Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449464C1 RU2449464C1 RU2011109221/08A RU2011109221A RU2449464C1 RU 2449464 C1 RU2449464 C1 RU 2449464C1 RU 2011109221/08 A RU2011109221/08 A RU 2011109221/08A RU 2011109221 A RU2011109221 A RU 2011109221A RU 2449464 C1 RU2449464 C1 RU 2449464C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- additional
- output
- bus
- 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, мостовых усилителях мощности, фильтрах, компараторах 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, bridge power amplifiers, filters, comparators, etc.).
Известны схемы классических двухкаскадных дифференциальных операционных усилителей (ДУ) с парафазным выходом, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем [1-16]. ДУ данного класса активно применяются и в мостовых усилителях мощности, реализованных на базе различных, в том числе SiGe-технологий.Known circuits of classical two-stage differential operational amplifiers (DU) with paraphase output, which became the basis of many serial analog circuits [1-16]. Remote controls of this class are also actively used in bridge power amplifiers, implemented on the basis of various technologies, including SiGe.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный операционный усилитель по патенту US 6.657.465, содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и первой 4 шиной источника питания, второй 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 2 входного транзистора и первой 4 шиной источника питания, первое токовое зеркало 6, согласованное со второй 7 шиной источника питания, причем вход первого 6 токового зеркала соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а токовый выход через третий 8 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания, второе 9 токовое зеркало, согласованное со второй 7 шиной источника питания, причем вход второго 9 токового зеркала соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, а токовый выход через четвертый 10 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential operational amplifier according to patent US 6.657.465, containing the first 1 and second 2 input transistors, the first 3 current-stabilizing bipolar connected between the emitter of the first 1 input transistor and the first 4 bus power source, second 5 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the second 2 input transistor and the first 4 bus power supply, the first
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет нестабильный уровень выходного синфазного напряжения, зависящий от параметров третьего 8 и четвертого 10 токостабилизирующих двухполюсников. Это значительно затрудняет его согласование с последующими функциональными узлами.A significant drawback of the known remote control is that it has an unstable output common-mode voltage level, depending on the parameters of the third 8 and fourth 10 current-stabilizing two-terminal devices. This greatly complicates its coordination with subsequent functional units.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых выходное статическое синфазное напряжение ДУ будет иметь высокую стабильность и близкое к нулю значение. В этом случае реализуется также более широкий диапазон изменения выходного сигнала ДУ.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 a value close to zero. In this case, a wider range of variation of the output signal of the remote control is also realized.
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном операционном усилителе с парафазным выходом фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и первой 4 шиной источника питания, второй 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 2 входного транзистора и первой 4 шиной источника питания, первое токовое зеркало 6, согласованное со второй 7 шиной источника питания, причем вход первого 6 токового зеркала соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а токовый выход через третий 8 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания, второе 9 токовое зеркало, согласованное со второй 7 шиной источника питания, причем вход второго 9 токового зеркала соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, а токовый выход через четвертый 10 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 11 и второй 12 дополнительные транзисторы, коллекторы которых подключенны ко второй 7 шине источника питания, эмиттер первого 11 дополнительного транзистора соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора, эмиттер второго 12 дополнительного транзистора соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, токовый выход первого 6 токового зеркала связан с объединенными базами первого 11 и второго 12 дополнительных транзисторов через первый 13 дополнительный резистор, а токовый выход второго 9 токового зеркала связан с объединенными базами первого 11 и второго 12 дополнительных транзисторов через второй 14 дополнительный резистор.The problem is solved in that in the differential operational amplifier with a paraphase output of Fig. 1, containing the first 1 and second 2 input transistors, the first 3 current-stabilizing bipolar connected between the emitter of the first 1 input transistor and the first 4 bus power source, the second 5 current-stabilizing bipolar, connected between the emitter of the second 2 input transistor and the first 4 bus power supply, the first
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, а на фиг.3 - п.2 формулы изобретения с конкретным выполнением токовых зеркал 6 и 9.Figure 2 shows a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.4 показана схема заявляемого ДУ фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».In Fig.4 shows a diagram of the claimed remote control of Fig.3 in the environment of computer simulation PSpice on models of integrated transistors FSUE NPP Pulsar.
На фиг.5 и фиг.6 представлены зависимости напряжений ДУ для его выходов от входного синусоидального напряжения с амплитудой Uвх=1 мВ (фиг.5) и Uвх=5 мВ (фиг.6). Графики фиг.5, фиг.6 показывают, что заявляемый ДУ имеет два противофазных выходных напряжения и нулевой уровень выходного синфазного статического напряжения (Uсинф≈0,6 мВ).Figure 5 and figure 6 presents the dependence of the voltages of the remote control for its outputs on the input sinusoidal voltage with an amplitude of U in = 1 mV (Fig. 5) and U in = 5 mV (Fig. 6). The graphs of FIG. 5, FIG. 6 show that the claimed remote control has two out-of-phase output voltages and a zero level of output common-mode static voltage (U synf ≈0.6 mV).
На фиг.7 показана частотная зависимость коэффициента усиления схемы ДУ фиг.4.In Fig.7 shows the frequency dependence of the gain of the remote control circuit of Fig.4.
На фиг.8 приведена схема включения предлагаемого ДУ в структуре драйвера дифференциальной линии связи (или мостового усилителя мощности). При этом драйвер имеет выходное синфазное напряжение Uсинф=22 мкВ.On Fig is a diagram of the inclusion of the proposed remote control in the structure of the differential driver of the communication line (or bridge power amplifier). In this case, the driver has an output common-mode voltage U synf = 22 μV.
На фиг.9 приведены зависимости выходных напряжений драйвера в режиме большого сигнала при Uвх=30 мВ.Figure 9 shows the dependence of the driver output voltages in the large signal mode at U in = 30 mV.
На фиг.10 показана частотная зависимость дифференциального коэффициента усиления драйвера фиг.8.Figure 10 shows the frequency dependence of the differential gain of the driver of Fig. 8.
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, первый 3 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и первой 4 шиной источника питания, второй 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 2 входного транзистора и первой 4 шиной источника питания, первое токовое зеркало 6, согласованное со второй 7 шиной источника питания, причем вход первого 6 токового зеркала соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, а токовый выход через третий 8 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания, второе 9 токовое зеркало, согласованное со второй 7 шиной источника питания, причем вход второго 9 токового зеркала соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, а токовый выход через четвертый 10 токостабилизирующий двухполюсник подключен к первой 4 шине источника питания. В схему введены первый 11 и второй 12 дополнительные транзисторы, коллекторы которых подключены ко второй 7 шине источника питания, эмиттер первого 11 дополнительного транзистора соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора, эмиттер второго 12 дополнительного транзистора соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, токовый выход первого 6 токового зеркала связан с объединенными базами первого 11 и второго 12 дополнительных транзисторов через первый 13 дополнительный резистор, а токовый выход второго 9 токового зеркала связан с объединенными базами первого 11 и второго 12 дополнительных транзисторов через второй 14 дополнительный резистор.The differential operational amplifier with a paraphase output of FIG. 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, the first 3 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the first 1 input transistor and the first 4 bus of the power source, the second 5 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the second 2 input transistor and the first 4 bus power source, the first
Токовые зеркала 6 и 9 в схеме фиг.2 реализованы на основе транзисторов 16, 18 и двухполюсников 15, 17, что обеспечивает их высокий коэффициент усиления по току.The
На фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения токовый выход первого 6 токового зеркала связан с объединенными базами первого 11 и второго 12 дополнительных транзисторов через последовательно соединенные первый 19 дополнительный буферный усилитель и первый 13 дополнительный резистор, а токовый выход второго 9 токового зеркала соединен с объединенными базами первого 11 и второго 12 дополнительных транзисторов через последовательно соединенные второй 20 дополнительный буферный усилитель, второй 14 дополнительный резистор.In Fig. 3, in accordance with
В соответствии с п.3 формулы изобретения коэффициент передачи по току первого 6 и второго 9 токовых зеркал в схеме фиг.2 значительно превышает единицу (Ki12>>1). В качестве буферных усилителей 19 и 21 могут применяться классические эмиттерные повторители.In accordance with
В качестве токостабилизирующих двухполюсников 3, 5, 8, 10, 15, 17 авторы рекомендуют использовать классические источники опорного тока на транзисторах или сравнительно высокоомные резисторы.As current-stabilizing two-
Рассмотрим работу ДУ фиг.3.Consider the operation of the remote control of Fig.3.
Статический режим по току транзисторов предлагаемого ДУ устанавливается двухполюсниками 3, 5, 15, 17, 8 и 10. Причем коллекторные (Iкi) и эмитгерные (Iэi) токи транзисторов 1, 2, 11, 12, 14, 18 определяются по формулам:The static current mode of the transistors of the proposed remote control is set by bipolar 3, 5, 15, 17, 8 and 10. Moreover, the collector (I ki ) and emitter (I ei ) currents of the
где I0 - заданное значение статического тока, например 1 мА.where I 0 is the set value of the static current, for example 1 mA.
Статическое напряжение Uвых.1 на выходе Вых.1 и Uвых.2 на выходе Вых.2 ДУ при нулевом входном сигнале (uвх=0) можно найти из уравнений:The static voltage U o. 1 at the output of O. 1 and U o. 2 at the output of O. 2 remote control at a zero input signal (u in = 0) can be found from the equations:
. .
где Uэб.1=Uэб.2=Uэб.11=Uэб.12 - напряжение «эмиттер-база» транзисторов 1, 2, 11, 12 при токе эмиттера Iэi=I0;where
Iб11, Iб12 - составляющие токов базы транзисторов 11 и 12 в резисторах 13 и 14.I b11 , I b12 - components of the base currents of
Таким образом, при типовых значениях тока базы транзисторов 11 и 12, а также при R13=R14=500÷1000 Ом выходное синфазное напряжение ДУ фиг.3 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, положительно сказывается на диапазоне изменения амплитуд выходных синусоидальных напряжений ДУ.Thus, with typical values of the base current of
При синфазном изменении напряжений на входах Вх.1 и Вх.2 изменяются синфазно и напряжения на выходах Вых.1, Вых.2. Однако при этом эмиттерные (коллекторные) токи транзисторов схемы остаются постоянными. Поэтому коэффициент ослабления входных синфазных напряжений в заявляемом ДУ достаточно высок, так как режим по току его транзисторов не изменяется.With a common-mode voltage variation at the inputs Vx.1 and Bx.2, the common-mode voltages at the
В схеме фиг.3, которая отличается от схемы фиг.2 наличием дополнительных буферных усилителей 19 и 20, значительно снижаются требования к величине сопротивлений резисторов обратной связи 13 и 14, что позволяет получить на выходах Вых.1 и Вых.2 нулевые уровни статических напряжений независимо от статических параметров этих дополнительных буферных усилителей 19 и 20. 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 дополнительных буферных усилителей 19 и 20. Кроме этого, в архитектуре фиг.3 максимальные амплитуды выходных напряжений положительной и отрицательной полярностей близки к сумме напряжений первого 4 (Е4) и второго 7 (Е7) источников питания , что является одной из ее замечательных особенностей.In the circuit of FIG. 3, which differs from the circuit of FIG. 2 by the presence of
Таким образом, предлагаемый ДУ имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the proposed remote control has significant advantages in comparison with the prototype.
Источники информацииInformation sources
1. Патентная заявка США №2005/0218983.1. US patent application No. 2005/0218983.
2. Патентная заявка США №2006/0139098.2. US Patent Application No. 2006/0139098.
3. Патентная заявка США. №2006/0006910, fig.1.3. US Patent Application. No. 2006/0006910, fig. 1.
4. Патент США №6.657.465.4. US patent No. 6.657.465.
5. Патент США №6.831.513, fig.4.5. US patent No. 6.831.513, fig.4.
6. Патент США №6.844.781.6. US patent No. 6.844.781.
7. Патентная заявка США №2008/0032656, fig.6.7. US Patent Application No. 2008/0032656, fig. 6.
8. Патент США №6.657.465.8. US Patent No. 6,657.465.
9. Патент США №6.538.513.9. US patent No. 6.538.513.
10. Патентная заявка США №2003/0132803, fig.4.10. US patent application No. 2003/0132803, fig.4.
11. Патент США №6.882.185, fig.1.11. US patent No. 6.882.185, fig.1.
12. Патент США №7.649.418, fig.3A.12. US Patent No. 7,649,418, fig.3A.
13. Патент США №7.701.290, fig.6.13. US patent No. 7.701.290, fig.6.
14. Патент США №7.777.568, fig.2.14. US patent No. 7.777.568, fig.2.
15. Патент США №5.225.791, fig.2.15. US patent No. 5.225.791, fig.2.
16. Авт. св. СССР №459780.16. Auth. St. USSR No. 459780.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109221/08A RU2449464C1 (en) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109221/08A RU2449464C1 (en) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2449464C1 true RU2449464C1 (en) | 2012-04-27 |
Family
ID=46297690
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109221/08A RU2449464C1 (en) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2449464C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6657465B2 (en) * | 2002-04-02 | 2003-12-02 | Northrop Grumman Corporation | Rail-to-rail charge pump circuit |
US6844781B1 (en) * | 2003-07-07 | 2005-01-18 | Ami Semiconductor, Inc. | Dual differential-input amplifier having wide input range |
RU2346382C1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with paraphase output |
RU2413355C1 (en) * | 2009-10-12 | 2011-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with paraphase output |
-
2011
- 2011-03-11 RU RU2011109221/08A patent/RU2449464C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6657465B2 (en) * | 2002-04-02 | 2003-12-02 | Northrop Grumman Corporation | Rail-to-rail charge pump circuit |
US6844781B1 (en) * | 2003-07-07 | 2005-01-18 | Ami Semiconductor, Inc. | Dual differential-input amplifier having wide input range |
RU2346382C1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with paraphase output |
RU2413355C1 (en) * | 2009-10-12 | 2011-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with paraphase output |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2446554C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2449464C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2536376C1 (en) | Operational amplifier with paraphase output | |
Lee | Low-voltage op amp design and differential difference amplifier design using linear transconductor with resistor input | |
RU2595927C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2421893C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2436226C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2439779C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier with paraphase output | |
RU2432667C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2621289C1 (en) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain | |
RU2419187C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased zero level stability | |
RU2642337C1 (en) | Bipolar-field operating amplifier | |
RU2446555C2 (en) | Differential operational amplifier | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2468504C1 (en) | Complementary differential amplifier with paraphase output | |
RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit | |
RU2571579C1 (en) | Precision operational amplifier for radiation-proof bipolar field technological process | |
RU2394362C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2450425C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2394360C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased input resistance | |
KR101360648B1 (en) | Instrumentation amplifier using second generation current-conveyer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130312 |