RU2452077C1 - Operational amplifier with paraphase output - Google Patents

Operational amplifier with paraphase output Download PDF

Info

Publication number
RU2452077C1
RU2452077C1 RU2011123941/08A RU2011123941A RU2452077C1 RU 2452077 C1 RU2452077 C1 RU 2452077C1 RU 2011123941/08 A RU2011123941/08 A RU 2011123941/08A RU 2011123941 A RU2011123941 A RU 2011123941A RU 2452077 C1 RU2452077 C1 RU 2452077C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
terminal
output
input
matching
emitter
Prior art date
Application number
RU2011123941/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Сергей Сергеевич Белич (RU)
Сергей Сергеевич Белич
Виталий Николаевич Гришков (BY)
Виталий Николаевич Гришков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2011123941/08A priority Critical patent/RU2452077C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2452077C1 publication Critical patent/RU2452077C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: operational amplifier with a paraphrase output comprises the first and second input three-terminal devices, the first and second matching three-terminal devices, the first and second output three-terminal devices, from the first to the fourth current-stabilising dipoles, the first and second feedback resistors.
EFFECT: development of conditions, under which the output static cophased voltage of an operational amplifier will have high stability and numerical value close to zero at zero input signals.
3 cl, 11 dwg

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, драйверах дифференциальных линий связи, 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 of various functional purposes (for example, bridge power amplifiers, drivers of differential communication lines, filters, comparators, etc.).

Известны схемы классических дифференциальных операционных усилителей (ОУ) с парафазным выходом на основе входного каскода, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем (ОРА177, RC4805 и т.д.). ОУ данного класса широко применяются в структуре СВЧ-устройств [1-18], реализованных на базе SiGe-технологий. Это связано с возможностью построения на их основе активных RC-фильтров гигагерцового диапазона для современных и перспективных систем связи, драйверов дифференциальных линий связи между СФ-блоками A/d и D/a-классов и т.п. [19-21].Known circuits of classical differential operational amplifiers (op amps) with a paraphase output based on the input cascode, which became the basis of many serial analog circuits (OPA177, RC4805, etc.). Op-amps of this class are widely used in the structure of microwave devices [1-18], implemented on the basis of SiGe technologies. This is due to the possibility of building on their basis active RC filters of the GHz range for modern and promising communication systems, drivers of differential communication lines between SF blocks A / d and D / a-classes, etc. [19-21].

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является операционный усилитель, описанный в патенте US 5568092, fig.8. Кроме этого, данная архитектура присутствует во многих других патентах [1-18]. Он содержит первый 1 входной трехполюсник с коллекторным 2, эмиттерным 3 и базовым 4 входами, второй 5 входной трехполюсник с коллекторным 6, эмиттерным 7 и базовым 8 входами, первый 9 согласующий трехполюсник с коллекторным 10, эмиттерным 11 и базовым 12 входами, второй 13 согласующий трехполюсник с коллекторным 14, эмиттерным 15 и базовым 16 входами, первый 17 выходной трехполюсник с коллекторным 18, эмиттерным 19 и базовым 20 входами, второй 21 выходной трехполюсник с коллекторным 22, эмиттерным 23 и базовым 24 входами, первый 25 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллекторным входом 10 первого 9 согласующего трехполюсника, связанным с базовым входом 20 первого 17 выходного трехполюсника и первой 26 шиной источника питания, второй 27 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллекторным входом 14 второго 13 согласующего трехполюсника, связанным с базовым входом 24 второго 21 выходного трехполюсника и первой 26 шиной источника питания, первый 28 резистор обратной связи, включенный между эмиттерным входом 19 первого 17 выходного трехполюсника, связанным с первым 29 выходом устройства, и базовым входом 16 второго 13 согласующего трехполюсника, второй 30 резистор обратной связи, включенный между эмиттерным входом 23 второго 21 выходного трехполюсника, связанным со вторым 31 выходом устройства, и базовым входом 12 первого 9 согласующего трехполюсника, причем первый 29 выход устройства связан со второй 32 шиной источника питания через третий 33 токостабилизирующий двухполюсник, второй 31 выход устройства связан со второй 32 шиной источника питания через четвертый 34 токостабилизирующий двухполюсник, а коллекторные входы 18, 22 первого 17 и второго 21 выходных трехполюсников соединены с первой 26 шиной источника питания.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is an operational amplifier described in patent US 5568092, fig.8. In addition, this architecture is present in many other patents [1-18]. It contains the first 1 input three-terminal with collector 2, emitter 3 and base 4 inputs, the second 5 input three-terminal with collector 6, emitter 7 and basic 8 inputs, the first 9 matching three-terminal with collector 10, emitter 11 and 12 basic inputs, the second 13 matching three-terminal with collector 14, emitter 15 and base 16 inputs, first 17 output three-terminal with collector 18, emitter 19 and basic 20 inputs, second 21 output three-terminal with collector 22, emitter 23 and basic 24 inputs, first 25 current-stabilizing two-pole a nickname connected between the collector input 10 of the first 9 matching three-terminal network connected to the base input 20 of the first 17 output three-terminal network and the first 26 bus of the power supply, a second 27 current-stabilizing two-terminal network connected between the collector input 14 of the second 13 matching three-terminal network connected to the base input 24 of the second 21 output three-terminal and the first 26 bus power supply, the first 28 feedback resistor connected between the emitter input 19 of the first 17 output three-terminal connected to the first 29 output device state, and the base input 16 of the second 13 matching three-terminal, the second 30 feedback resistor connected between the emitter input 23 of the second 21 output three-terminal connected to the second 31 output of the device and the basic input 12 of the first 9 matching three-terminal, and the first 29 output of the device is connected to the second 32 bus power supply through the third 33 current-stabilizing two-terminal network, the second 31 output of the device is connected to the second 32 bus power supply through the fourth 34 current-stabilizing two-terminal network, and the collector inputs 18, 22 ne The first 17 and the second 21 output three-terminal are connected to the first 26 bus power supply.

Основная цель предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых выходное статическое синфазное напряжение ОУ будет иметь высокую стабильность и близкое к нулю численное значение при нулевых входных сигналах. Это значительно упрощает согласование парафазных выходов ОУ с последующими функциональными узлами различных многокаскадных устройств преобразования сигналов, позволяет обеспечить более эффективное использование напряжений питания ОУ - в этих схемах выходные переменные напряжения изменяются относительно общей шины.The main objective of the invention is to create conditions under which the output static common-mode voltage of the op-amp will have high stability and a numerical value close to zero at zero input signals. This greatly simplifies the matching of the op-amp output phases with the subsequent functional units of various multistage signal conversion devices, and allows for more efficient use of the op-amp supply voltages - in these circuits, the output alternating voltages change relative to the common bus.

Поставленная задача решается тем, что в операционном усилителе с парафазным выходом фиг.1, содержащем первый 1 входной трехполюсник с коллекторным 2, эмиттерным 3 и базовым 4 входами, второй 5 входной трехполюсник с коллекторным 6, эмиттерным 7 и базовым 8 входами, первый 9 согласующий трехполюсник с коллекторным 10, эмиттерным 11 и базовым 12 входами, второй 13 согласующий трехполюсник с коллекторным 14, эмиттерным 15 и базовым 16 входами, первый 17 выходной трехполюсник с коллекторным 18, эмиттерным 19 и базовым 20 входами, второй 21 выходной трехполюсник с коллекторным 22, эмиттерным 23 и базовым 24 входами, первый 25 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллекторным входом 10 первого 9 согласующего трехполюсника, связанным с базовым входом 20 первого 17 выходного трехполюсника и первой 26 шиной источника питания, второй 27 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллекторным входом 14 второго 13 согласующего трехполюсника, связанным с базовым входом 24 второго 21 выходного трехполюсника и первой 26 шиной источника питания, первый 28 резистор обратной связи, включенный между эмиттерным входом 19 первого 17 выходного трехполюсника, связанным с первым 29 выходом устройства, и базовым входом 16 второго 13 согласующего трехполюсника, второй 30 резистор обратной связи, включенный между эмиттерным входом 23 второго 21 выходного трехполюсника, связанным со вторым 31 выходом устройства, и базовым входом 12 первого 9 согласующего трехполюсника, причем первый 29 выход устройства связан со второй 32 шиной источника питания через третий 33 токостабилизирующий двухполюсник, второй 31 выход устройства связан со второй 32 шиной источника питания через четвертый 34 токостабилизирующий двухполюсник, а коллекторные входы 18, 22 первого 17 и второго 21 выходных трехполюсников соединены с первой 26 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - эмиттерный вход 3 первого 1 входного трехполюсника соединен с эмиттерным входом 11 первого 9 согласующего трехполюсника, эмиттерный вход 7 второго 5 входного трехполюсника соединен с эмиттерным входом 15 второго 13 согласующего двухполюсника, коллекторные входы 2 и 6 первого 1 и второго 5 входных трехполюсников соединены со второй 32 шиной источника питания, причем базовые входы 12 и 16 первого 9 и второго 13 согласующих трехполюсников соединены друг с другом.The problem is solved in that in the operational amplifier with a paraphase output of Fig. 1, containing the first 1 input three-terminal with collector 2, emitter 3 and base 4 inputs, the second 5 input three-terminal with collector 6, emitter 7 and base 8 inputs, the first 9 matching three-terminal with collector 10, emitter 11 and base 12 inputs, second 13 matching three-terminal with collector 14, emitter 15 and basic 16 inputs, first 17 output three-terminal with collector 18, emitter 19 and basic 20 inputs, second 21 output three-terminal collector 22, emitter 23 and base 24 inputs, the first 25 current-stabilizing two-terminal connected between the collector input 10 of the first 9 matching three-terminal, connected to the main input 20 of the first 17 output three-terminal and the first 26 bus power supply, the second 27 current-stabilizing two-pole connected between the collector input 14 of the second 13 matching three-terminal connected to the base input 24 of the second 21 output three-terminal and the first 26 bus power supply, the first 28 feedback resistor included between the mitter input 19 of the first 17 output three-terminal connected to the first 29 output of the device and the base input 16 of the second 13 matching three-terminal, a second 30 feedback resistor connected between the emitter input 23 of the second 21 output three-terminal connected to the second 31 output of the device and the basic input 12 of the first 9 matching three-terminal, the first 29 output of the device connected to the second 32 bus power supply through the third 33 current-stabilizing two-terminal, the second 31 output of the device connected to the second 32 bus source power supply through the fourth 34 current-stabilizing two-terminal network, and the collector inputs 18, 22 of the first 17 and second 21 output three-terminal networks are connected to the first 26 bus power supply, new elements and communications are provided - the emitter input 3 of the first 1 input three-terminal network is connected to the emitter input 11 of the first 9 matching three-terminal network , the emitter input 7 of the second 5 input three-terminal network connected to the emitter input 15 of the second 13 matching two-terminal network, the collector inputs 2 and 6 of the first 1 and second 5 input three-terminal network connected to the second th 32 bus power supply, and the basic inputs 12 and 16 of the first 9 and second 13 matching three-terminal are connected to each other.

На чертеже фиг.1 показана схема ОУ-прототипа.The drawing of figure 1 shows a diagram of an op-amp prototype.

На чертеже фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения для случая, когда первый 1 и второй 5 входные трехполюсники реализованы на основе полевых транзисторов с управляющим p-n переходом, а первый 9 и второй 13 согласующие трехполюсники, а также первый 17 и второй 21 выходные трехполюсники выполнены в виде биполярных транзисторов одного типа проводимости.The drawing of figure 2 shows a diagram of the inventive device in accordance with claim 1 for the case when the first 1 and second 5 input triples are implemented on the basis of field-effect transistors with a control pn junction, and the first 9 and second 13 matching triples, as well as the first 17 and 21 second output three-terminal are made in the form of bipolar transistors of the same type of conductivity.

На чертеже фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, приведены частные варианты построения первого 1 и второго 5 входных трехполюсников, первого 9 и второго 13 согласующих трехполюсников, а также первого 17 и второго 21 выходных трехполюсников ОУ фиг.2.In the drawing of FIG. 3, in accordance with claim 2, particular embodiments of the first 1 and second 5 input triples, the first 9 and second 13 matching triples, as well as the first 17 and second 21 output triples of the op amp of FIG. 2 are shown.

На чертеже фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, приведены примеры построения первого 1 и второго 5 входных трехполюсников, первого 9 и второго 13 согласующих трехполюсников, а также первого 17 и второго 21 выходных трехполюсников ОУ фиг.2.In the drawing of FIG. 4, in accordance with claim 3, examples of construction of the first 1 and second 5 input triples, the first 9 and second 13 matching triples, as well as the first 17 and second 21 output triples of the op amp 2 are shown.

Чертеж фиг.5 полностью соответствует п.3 формулы изобретения.The drawing of figure 5 is fully consistent with claim 3 of the claims.

На чертеже фиг.6 приведена схема ОУ фиг.5 в среде компьютерного моделирования PSpise на моделях интегральных транзисторов ФГУ НПП «Пульсар».The drawing of Fig.6 shows a diagram of the op-amp of Fig.5 in the environment of computer simulation PSpise on models of integrated transistors of the Federal State Institution NPP Pulsar.

На чертеже фиг.7 приведена частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению схемы ОУ фиг.6.The drawing of Fig.7 shows the frequency dependence of the gain on the voltage of the op-amp circuit of Fig.6.

Чертеж фиг.8 характеризует зависимость выходных напряжений ОУ фиг.6 при синусоидальном входном сигнале.The drawing of Fig. 8 characterizes the dependence of the output voltages of the op-amp of Fig. 6 with a sinusoidal input signal.

На чертеже фиг.9 приведена схема ОУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования PSpise на моделях интегральных транзисторов аналогового базового матричного кристалла АБМК_1_3 (НПО «Интеграл» г.Минск).The drawing of Fig.9 shows a diagram of the opamp of Fig.2 in a computer simulation environment PSpise on models of integrated transistors of the analog base matrix crystal ABMK_1_3 (NPO Integral, Minsk).

На чертеже фиг.10 приведена частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению схемы ОУ фиг.9.The drawing of figure 10 shows the frequency dependence of the gain on the voltage of the op-amp circuit of Fig.9.

Чертеж фиг.11 характеризует зависимость выходных напряжений ОУ фиг.9 при синусоидальном входном сигнале.The drawing of Fig. 11 characterizes the dependence of the output voltages of the op-amp of Fig. 9 with a sinusoidal input signal.

Операционный усилитель с парафазным выходом фиг.2 содержит первый 1 входной трехполюсник с коллекторным 2, эмиттерным 3 и базовым 4 входами, второй 5 входной трехполюсник с коллекторным 6, эмиттерным 7 и базовым 8 входами, первый 9 согласующий трехполюсник с коллекторным 10, эмиттерным 11 и базовым 12 входами, второй 13 согласующий трехполюсник с коллекторным 14, эмиттерным 15 и базовым 16 входами, первый 17 выходной трехполюсник с коллекторным 18, эмиттерным 19 и базовым 20 входами, второй 21 выходной трехполюсник с коллекторным 22, эмиттерным 23 и базовым 24 входами, первый 25 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллекторным входом 10 первого 9 согласующего трехполюсника, связанным с базовым входом 20 первого 17 выходного трехполюсника и первой 26 шиной источника питания, второй 27 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллекторным входом 14 второго 13 согласующего трехполюсника, связанным с базовым входом 24 второго 21 выходного трехполюсника и первой 26 шиной источника питания, первый 28 резистор обратной связи, включенный между эмиттерным входом 19 первого 17 выходного трехполюсника, связанным с первым 29 выходом устройства, и базовым входом 16 второго 13 согласующего трехполюсника, второй 30 резистор обратной связи, включенный между эмиттерным входом 23 второго 21 выходного трехполюсника, связанным со вторым 31 выходом устройства, и базовым входом 12 первого 9 согласующего трехполюсника, причем первый 29 выход устройства связан со второй 32 шиной источника питания через третий 33 токостабилизирующий двухполюсник, второй 31 выход устройства связан со второй 32 шиной источника питания через четвертый 34 токостабилизирующий двухполюсник, а коллекторные входы 18, 22 первого 17 и второго 21 выходных трехполюсников соединены с первой 26 шиной источника питания. При этом эмиттерный вход 3 первого 1 входного трехполюсника соединен с эмиттерным входом 11 первого 9 согласующего трехполюсника, эмиттерный вход 7 второго 5 входного трехполюсника соединен с эмиттерным входом 15 второго 13 согласующего двухполюсника, коллекторные входы 2 и 6 первого 1 и второго 5 входных трехполюсников соединены со второй 32 шиной источника питания, причем базовые входы 12 и 16 первого 9 и второго 13 согласующих трехполюсников соединены друг с другом.The operational amplifier with a paraphase output of FIG. 2 contains the first 1 input three-terminal with collector 2, emitter 3 and base 4 inputs, the second 5 input three-terminal with collector 6, emitter 7 and base 8 inputs, the first 9 matching three-terminal with collector 10, emitter 11 and basic 12 inputs, second 13 matching three-terminal with collector 14, emitter 15 and basic 16 inputs, first 17 output three-terminal with collector 18, emitter 19 and basic 20 inputs, second 21 output three-terminal with collector 22, emitter 23 and basic 24 in the first 25 current-stabilizing two-terminal connected between the collector input 10 of the first 9 matching three-terminal connected to the base input 20 of the first 17 output three-terminal and the first 26 bus power supply, the second 27 current-stabilizing two-pole connected between the collector input 14 of the second 13 matching three-terminal the base input 24 of the second 21 output three-terminal and the first 26 bus power supply, the first 28 feedback resistor connected between the emitter input 19 of the first 17 output tr xpole connected to the first 29 output of the device and the base input 16 of the second 13 matching three-terminal, the second 30 feedback resistor connected between the emitter input 23 of the second 21 output three-terminal connected to the second 31 output of the device and the base input 12 of the first 9 matching three-terminal, moreover, the first 29 device output is connected to the second 32 bus power supply through the third 33 current-stabilizing two-terminal device, the second 31 device output is connected to the second 32 bus power supply through the fourth 34 current-stabilizing a bipolar, and the collector inputs 18, 22 of the first 17 and second 21 output three-terminal are connected to the first 26 bus power source. In this case, the emitter input 3 of the first 1 input three-terminal is connected to the emitter input 11 of the first 9 matching three-terminal, the emitter input 7 of the second 5 input three-terminal is connected to the emitter input 15 of the second 13 matching two-terminal, collector inputs 2 and 6 of the first 1 and second 5 input three-terminal the second 32 bus power source, and the basic inputs 12 and 16 of the first 9 and second 13 matching three-terminal network connected to each other.

На чертежах фиг.3 и фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, первый 1 и второй 5 входные трехполюсники реализованы на основе полевых транзисторов 35 и 36 с управляющим p-n переходом, а первый 9 и второй 13 согласующие трехполюсники, а также первый 17 и второй 21 выходные трехполюсники выполнены в виде биполярных транзисторов 37, 38, 39, 40 одного типа проводимости.In the drawings of FIG. 3 and FIG. 2, in accordance with claim 2, the first 1 and second 5 input triples are implemented based on field-effect transistors 35 and 36 with a control pn junction, and the first 9 and second 13 matching triples, as well as the first 17 and second 21 output triples are made in the form of bipolar transistors 37, 38, 39, 40 of the same type of conductivity.

На чертеже фиг.4, а также фиг.5, в соответствии с п.3 формулы изобретения, первый 1 и второй 5 входные трехполюсники выполнены в виде биполярных транзисторов 41, 42 одного типа проводимости, первый 9, второй 13 согласующие транзисторы и первый 17 и второй 21 выходные трехполюсники реализованы на транзисторах 43, 44, 45, 46 другого типа проводимости, первый 29 выход устройства связан со второй 32 шиной источника питания через последовательно соединенные первую 47 цепь смещения потенциалов и третий 33 токостабилизирующий двухполюсник, а второй 31 выход устройства связан со второй 32 шиной источника питания через вторую 48 цепь смещения потенциалов и четвертый 34 токостабилизирующий двухполюсник, причем общий узел первой 47 цепи смещения потенциалов и третьего 33 токостабилизирующего двухполюсника соединен с третьим 49 выходом устройства, а общий узел второй 48 цепи смещения потенциалов и четвертого 34 токостабилизирующего двухполюсника соединен с четвертым 50 выходом устройства.In the drawing of figure 4, as well as figure 5, in accordance with claim 3 of the claims, the first 1 and second 5 input triples are made in the form of bipolar transistors 41, 42 of one type of conductivity, the first 9, second 13 matching transistors and the first 17 and the second 21 output three-terminal circuits are implemented on transistors 43, 44, 45, 46 of a different type of conductivity, the first 29 output of the device is connected to the second 32 bus of the power supply through the first 47 potential bias circuit and the third 33 current-stabilizing two-terminal, and the second 31 output of the device VA is connected to the second 32 bus of the power source through the second 48 potential bias circuit and the fourth 34 current-stabilizing two-terminal network, with the common node of the first 47 potential bias circuit and the third 33 current-stabilizing two-terminal network connected to the third 49 output of the device, and the common site of the second 48 potential bias circuit and the fourth 34 current-stabilizing two-terminal connected to the fourth 50 output of the device.

Рассмотрим работу ОУ фиг.2.Consider the operation of the opamp 2.

Статический режим по току транзисторов предлагаемого ОУ устанавливается токостабилизирующими двухполюсниками 25, 27, 33 и 34:The static current mode of the transistors of the proposed op-amp is set by current-stabilizing two-terminal 25, 27, 33 and 34:

Figure 00000001
Figure 00000001

где I25, I27, I33, I34 - токи токостабилизирующих двухполюсников 25, 27, 33, 34;where I 25 , I 27 , I 33 , I 34 are the currents of the current-stabilizing two-terminal networks 25, 27, 33, 34;

Is1, Is5 - токи истоков транзисторов, образующих входные трехполюсники 1 и 5;I s1 , I s5 are the currents of the sources of the transistors forming the input three-terminal 1 and 5;

Iк13, Iк9 - токи коллектора транзисторов, образующих согласующие трехполюсники 9 и 13;I k13 , I k9 - collector currents of transistors forming matching three-terminal networks 9 and 13;

Iэ17, Iэ21 - токи эмиттера транзисторов, образующих выходные трехполюсники 17 и 21;I e17 , I e21 - currents of the emitter of transistors forming the output three-terminal networks 17 and 21;

I0 - некоторое заданное значение опорного тока, например, 1 мА.I 0 - some set value of the reference current, for example, 1 mA.

В соответствии со вторым законом Киргофа статические напряжения U29, U31 на выходах 29 и 31 ОУ фиг.2 при нулевых напряжениях на входах Вх.1, Вх.2 удовлетворяют условиям:In accordance with the second law of Kirgoff, the static voltage U 29 , U 31 at the outputs 29 and 31 of the op-amp of FIG. 2 at zero voltages at the inputs Vx.1, Vx.2 satisfy the conditions:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Uэб.9=Uэб.13 - напряжения «эмиттер-база» транзисторов, образующих согласующие трехполюсники 9 и 13;where U eb . 9 = U eb. 13 - emitter-base voltages of transistors forming matching three-terminal networks 9 and 13;

Uзи.1, Uзи.5 - напряжение затвор исток транзисторов, образующих входные трехполюсники 1 и 5;U zi.1 , U zi.5 - voltage gate source of transistors forming the input three-terminal 1 and 5;

R28, R30 - сопротивления резисторов 28 и 30;R 28 , R 30 - resistance of the resistors 28 and 30;

Iб - ток базы транзисторов, образующих согласующие трехполюсники 9 и 13.I b - the base current of the transistors forming the matching three-terminal networks 9 and 13.

Ток истока Is полевых транзисторов, образующих входные трехполюсники 1 и 5, определяется в первом приближении формулой:The source current I s field-effect transistors forming the input three-terminal 1 and 5, is determined in a first approximation by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Is - ток истока полевого транзистора;where I s is the source current of the field effect transistor;

Ic.max - максимальный ток полевого транзистора при Uзи=0;I c.max - maximum current of a field-effect transistor at U zi = 0;

Uзи - напряжение затвор-исток (0≤Uзи≤Uотс);U connection - gate-source voltage (0≤U communication ≤U UTS);

Uотс - напряжение отсечки полевого транзистора.U OT - cutoff voltage of the field effect transistor.

Для получения Uзи=Uэб.9=Uэб.13≈0,7 В, при котором U29≈0, U31≈0, необходимо, чтобы токи токостабилизирующих двухполюсников 25 и 27 удовлетворяли условиюFor communication U = U = U eb.9 eb.13 ≈0,7 V, wherein U 29 ≈0, U 31 ≈0, it is necessary that the currents tokostabiliziruyuschih-ports 25 and 27 satisfy the condition

Figure 00000004
Figure 00000004

ИлиOr

Figure 00000005
Figure 00000005

Если эти токи больше, чем

Figure 00000006
, то выходные напряжения ОУ U29=U31 будут иметь положительное смещение относительно общей шины. Если
Figure 00000007
, то эти напряжения U29≈U31 смещаются к отрицательной шине питания.If these currents are greater than
Figure 00000006
, then the output voltage of the op-amp U 29 = U 31 will have a positive offset relative to the common bus. If
Figure 00000007
, then these voltages U 29 ≈ U 31 are shifted to the negative power bus.

Если в схеме фиг.2 обеспечить Uзи.5=Uзи.1=Uэб.9=Uэб.13≈0,7 В за счет соответствующего выбора токов

Figure 00000008
, то теоретическое значение U29=U31 с высокой точностью будет соответствовать нулевому уровню:If in the circuit of FIG. 2, provide U zi . 5 = U zi. 1 = U eb . 9 = U eb. 13 ≈0.7 V due to the corresponding choice of currents
Figure 00000008
, then the theoretical value of U 29 = U 31 with high accuracy will correspond to the zero level:

Figure 00000009
Figure 00000009

С учетом типовых численных значений Iб и R28=R30 в практических схемах ОУ из уравнения (6) можно сделать вывод о том, что в заявляемом ОУ статические выходные напряжения U29=U31 близки к единицам милливольт.Given the typical numerical values of I b and R 28 = R 30 in practical schemes of the op-amp, from equation (6) we can conclude that in the claimed op-amp the static output voltages U 29 = U 31 are close to millivolts.

В зависимости от схемотехники трехполюсников 1, 5, 9, 13 можно установить и другие заданные величины статического выходного синфазного напряжения заявляемого ОУ.Depending on the circuitry of the three-terminal 1, 5, 9, 13, you can set other specified values of the static output common-mode voltage of the claimed op-amp.

Графики фиг.8 и фиг.11 показывают, что в схемах ОУ фиг.2 и фиг.5 синусоидальные выходные напряжения имеют нулевой уровень статического смещения относительно общей шины.The graphs of Fig. 8 and Fig. 11 show that in the op-amp circuits of Fig. 2 and Fig. 5, the sinusoidal output voltages have a zero level of static bias relative to the common bus.

Таким образом, заявляемый операционный усилитель имеет малый нулевой уровень выходного синфазного напряжения. Это весьма существенно для его согласования с последующими функциональными узлами различных систем на кристалле, а также для получения более широкого диапазона изменения выходных противофазных напряжений.Thus, the inventive operational amplifier has a small zero level of the 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.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент US №7.737.783.1. US patent No. 7.737.783.

2. Патентная заявка US 2010/007419, fig.3.2. Patent application US 2010/007419, fig. 3.

3. Патент US №5.568.092, fig.1.3. US patent No. 5.568.092, fig. 1.

4. Патент US №6.100.759, fig.3.4. US patent No. 6.100.759, fig. 3.

5. Патентная заявка US 2002/0093380, fig.1.5. Patent application US 2002/0093380, fig. 1.

6. Патентная заявка US 2009/0195312, fig.1.6. Patent application US 2009/0195312, fig. 1.

7. Патент US №3.541.465, fig.3.7. US patent No. 3,541.465, fig.3.

8. Патент US №5.500.623, fig.6.8. US patent No. 5.500.623, fig.6.

9. Патентная заявка US 2005/0104661, fig.3.9. Patent application US 2005/0104661, fig. 3.

10. Патент US №6.396.346, fig.3А.10. US patent No. 6.396.346, fig.3A.

11. Патент US №5.440.271, fig.1.11. US patent No. 5.440.271, fig. 1.

12. Патент US №5.510.745, fig.25.12. US patent No. 5.510.745, fig.25.

13. Патент US №5.774.020, fig.2.13. US patent No. 5.774.020, fig.2.

14. Патент US №6.262.628, fig.14b.14. US patent No. 6.262.628, fig.14b.

15. Патент US №6.011.431, fig.6.15. US patent No. 6.011.431, fig.6.

16. Патент GB №1520085, fig.2.16. GB Patent No. 1520085, fig. 2.

17. Патентная заявка US 2006/0044064, fig.2.17. Patent application US 2006/0044064, fig.2.

18. Патентная заявка US 2006/0181347, fig.2.18. Patent application US 2006/0181347, fig. 2.

19. Budyakov, A. Design of Fully Differential OpAmps for GHz Range Applications [Текст] / Budyakov A., Schmalz K., Prokopenko N., 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.106-110.19. Budyakov, A. Design of Fully Differential OpAmps for GHz Range Applications [Text] / Budyakov A., Schmalz K., Prokopenko N., Scheytt C., Ostrovskyy P. // Problems of modern analog microcircuitry: Sat. materials of the VI International scientific and practical seminar. In 3 hours, part 1. Functional nodes of analog integrated circuits and complex functional blocks / ed. N.N. Prokopenko. - Mines: Publishing house of SRSUE, 2007. - P.106-110.

20. S.P.Voinigescu et al., "Design Methodology and Applications of SiGe BiCMOS Cascode Opamps with up to 37-GHz Unity Gain Bandwidth," IEEE CSICS, Techn. Digest, pp.283-286, Nov. 2005, фиг.2.20. S.P. Voinigescu et al., "Design Methodology and Applications of SiGe BiCMOS Cascode Opamps with up to 37-GHz Unity Gain Bandwidth," IEEE CSICS, Techn. Digest, pp. 283-286, Nov. 2005, FIG. 2.

21. 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. 2006.21. 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.

Claims (3)

1. Операционный усилитель с парафазным выходом, содержащий первый (1) входной трехполюсник с коллекторным (2), эмиттерным (3) и базовым (4) входами, второй (5) входной трехполюсник с коллекторным (6), эмиттерным (7) и базовым (8) входами, первый (9) согласующий трехполюсник с коллекторным (10), эмиттерным (11) и базовым (12) входами, второй (13) согласующий трехполюсник с коллекторным (14), эмиттерным (15) и базовым (16) входами, первый (17) выходной трехполюсник с коллекторным (18), эмиттерным (19) и базовым (20) входами, второй (21) выходной трехполюсник с коллекторным (22), эмиттерным (23) и базовым (24) входами, первый (25) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллекторным входом (10) первого (9) согласующего трехполюсника, связанным с базовым входом (20) первого (17) выходного трехполюсника и первой (26) шиной источника питания, второй (27) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между коллекторным входом (14) второго (13) согласующего трехполюсника, связанным с базовым входом (24) второго (21) выходного трехполюсника и первой (26) шиной источника питания, первый (28) резистор обратной связи, включенный между эмиттерным входом (19) первого (17) выходного трехполюсника, связанным с первым (29) выходом устройства, и базовым входом (16) второго (13) согласующего трехполюсника, второй (30) резистор обратной связи, включенный между эмиттерным входом (23) второго (21) выходного трехполюсника, связанным со вторым (31) выходом устройства, и базовым входом (12) первого (9) согласующего трехполюсника, причем первый (29) выход устройства связан со второй (32) шиной источника питания через третий (33) токостабилизирующий двухполюсник, второй (31) выход устройства связан со второй (32) шиной источника питания через четвертый (34) токостабилизирующий двухполюсник, а коллекторные входы (18), (22) первого (17) и второго (21) выходных трехполюсников соединены с первой (26) шиной источника питания, отличающийся тем, что эмиттерный вход (3) первого (1) входного трехполюсника соединен с эмиттерным входом (11) первого (9) согласующего трехполюсника, эмиттерный вход (7) второго (5) входного трехполюсника соединен с эмиттерным входом (15) второго (13) согласующего двухполюсника, коллекторные входы (2) и (6) первого (1) и второго (5) входных трехполюсников соединены со второй (32) шиной источника питания, причем базовые входы (12) и (16) первого (9) и второго (13) согласующих трехполюсников соединены друг с другом.1. An operational amplifier with a paraphase output, comprising the first (1) input three-terminal with collector (2), emitter (3) and base (4) inputs, the second (5) input three-terminal with collector (6), emitter (7) and basic (8) inputs, the first (9) matching three-terminal with collector (10), emitter (11) and base (12) inputs, the second (13) matching three-terminal with collector (14), emitter (15) and basic (16) inputs , the first (17) output three-terminal with collector (18), emitter (19) and basic (20) inputs, the second (21) output three-terminal with collector (22), em ytter (23) and base (24) inputs, the first (25) current-stabilizing two-terminal connected between the collector input (10) of the first (9) matching three-terminal connected to the basic input (20) of the first (17) output three-terminal and the first (26) by the power supply bus, the second (27) current-stabilizing two-terminal connected between the collector input (14) of the second (13) matching three-terminal connected to the base input (24) of the second (21) output three-terminal and the first (26) power supply bus, the first (28 ) feedback resistor included between amy tter input (19) of the first (17) output three-terminal connected to the first (29) output of the device and the base input (16) of the second (13) matching three-terminal, second (30) feedback resistor connected between the emitter input (23) of the second (21) the output of a three-terminal network connected to the second (31) output of the device and the base input (12) of the first (9) matching three-terminal network, and the first (29) output of the device is connected to the second (32) bus of the power source through the third (33) current-stabilizing bipolar, the second (31) output of the device is connected to the second (32) another power source through the fourth (34) current-stabilizing two-terminal device, and the collector inputs (18), (22) of the first (17) and second (21) output three-terminal devices are connected to the first (26) bus of the power source, characterized in that the emitter input (3 ) the first (1) input three-terminal connected to the emitter input (11) of the first (9) matching three-terminal, the emitter input (7) of the second (5) input three-terminal connected to the emitter input (15) of the second (13) matching two-terminal, collector inputs (2 ) and (6) of the first (1) and second (5) input triples with are connected to the second (32) bus of the power source, and the basic inputs (12) and (16) of the first (9) and second (13) matching three-terminal devices are connected to each other. 2. Операционный усилитель с парафазным выходом по п.1, отличающийся тем, что первый (1) и второй (5) входные трехполюсники реализованы на основе полевых транзисторов с управляющим р-n переходом, а первый (9) и второй (13) согласующие трехполюсники, а также первый (17) и второй (21) выходные трехполюсники выполнены в виде биполярных транзисторов одного типа проводимости.2. An operational amplifier with a paraphase output according to claim 1, characterized in that the first (1) and second (5) input three-terminal devices are implemented based on field-effect transistors with a pn junction, and the first (9) and second (13) matching three-terminal, as well as the first (17) and second (21) output three-terminal are made in the form of bipolar transistors of the same type of conductivity. 3. Операционный усилитель с парафазным выходом по п.1, отличающийся тем, что первый (1) и второй (5) входные трехполюсники выполнены в виде биполярных транзисторов одного типа проводимости, первый (9), второй (13) согласующие транзисторы и первый (17) и второй (21) выходные трехполюсники реализованы на транзисторах другого типа проводимости, первый (29) выход устройства связан со второй (32) шиной источника питания через последовательно соединенные первую (47) цепь смещения потенциалов и третий (33) токостабилизирующий двухполюсник, а второй (31) выход устройства связан со второй (32) шиной источника питания через вторую (48) цепь смещения потенциалов и четвертый (34) токостабилизирующий двухполюсник, причем общий узел первой (47) цепи смещения потенциалов и третьего (33) токостабилизирующего двухполюсника соединен с третьим (49) выходом устройства, а общий узел второй (48) цепи смещения потенциалов и четвертого (34) токостабилизирующего двухполюсника соединен с четвертым (50) выходом устройства. 3. An operational amplifier with a paraphase output according to claim 1, characterized in that the first (1) and second (5) input three-terminal devices are made in the form of bipolar transistors of one type of conductivity, the first (9), second (13) matching transistors and the first ( 17) and the second (21) output three-terminal are implemented on transistors of a different type of conductivity, the first (29) output of the device is connected to the second (32) bus of the power source through the first (47) potential bias circuit and the third (33) current-stabilizing two-terminal, and second (31) mouth output The property is connected to the second (32) bus of the power source through the second (48) potential bias circuit and the fourth (34) current-stabilizing two-terminal network, and the common node of the first (47) potential bias circuit and the third (33) current-stabilizing two-terminal network is connected to the third (49) output devices, and the common node of the second (48) potential bias circuit and the fourth (34) current-stabilizing bipolar is connected to the fourth (50) output of the device.
RU2011123941/08A 2011-06-10 2011-06-10 Operational amplifier with paraphase output RU2452077C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011123941/08A RU2452077C1 (en) 2011-06-10 2011-06-10 Operational amplifier with paraphase output

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011123941/08A RU2452077C1 (en) 2011-06-10 2011-06-10 Operational amplifier with paraphase output

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2452077C1 true RU2452077C1 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011123941/08A RU2452077C1 (en) 2011-06-10 2011-06-10 Operational amplifier with paraphase output

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2452077C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571569C1 (en) * 2014-11-19 2015-12-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Precision operational amplifier for radiation-proof bipolar-field technological process
RU2589323C1 (en) * 2015-07-28 2016-07-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Bipolar-field operational amplifier

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3949317A (en) * 1974-09-16 1976-04-06 Tektronix, Inc. Fast recovery limiting and phase inverting amplifier
SU581569A1 (en) * 1973-09-06 1977-11-25 Предприятие П/Я А-3469 Differential amplifier stage
US5568092A (en) * 1994-05-24 1996-10-22 Nec Corporation Attenuated feedback type differential amplifier
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU581569A1 (en) * 1973-09-06 1977-11-25 Предприятие П/Я А-3469 Differential amplifier stage
US3949317A (en) * 1974-09-16 1976-04-06 Tektronix, Inc. Fast recovery limiting and phase inverting amplifier
US5568092A (en) * 1994-05-24 1996-10-22 Nec Corporation Attenuated feedback type differential amplifier
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571569C1 (en) * 2014-11-19 2015-12-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Precision operational amplifier for radiation-proof bipolar-field technological process
RU2589323C1 (en) * 2015-07-28 2016-07-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Bipolar-field operational amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2624565C1 (en) Instrument amplifier for work at low temperatures
RU2523124C1 (en) Multi-differential operational amplifier
RU2566963C1 (en) Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes
RU2364020C1 (en) Differential amplifier with negative in-phase signal feedback
RU2684489C1 (en) Buffer amplifier on complementary field-effect transistors with control p-n junction for operation at low temperatures
RU2452077C1 (en) Operational amplifier with paraphase output
RU2416146C1 (en) Differential amplifier with increased amplification factor
RU2390916C1 (en) Precision operational amplifier
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2615066C1 (en) Operational amplifier
RU2615068C1 (en) Bipolar-field differential operational amplifier
RU2687161C1 (en) Buffer amplifier for operation at low temperatures
RU2568384C1 (en) Precision operational amplifier based on radiation resistant bipolar and field process
RU2595927C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2536376C1 (en) Operational amplifier with paraphase output
RU2439778C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU2475941C1 (en) Differential amplifier with complementary input cascade
RU2439780C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2446554C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU2441316C1 (en) Differential amplifier with low supply voltage
RU2432666C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2310269C1 (en) Common-mode signal negative-feedback differential amplifier
RU2419187C1 (en) Cascode differential amplifier with increased zero level stability
RU2621289C1 (en) Two-stage differential operational amplifier with higher gain
RU2481698C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130611