RU2474953C1 - Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала - Google Patents
Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474953C1 RU2474953C1 RU2012100205/08A RU2012100205A RU2474953C1 RU 2474953 C1 RU2474953 C1 RU 2474953C1 RU 2012100205/08 A RU2012100205/08 A RU 2012100205/08A RU 2012100205 A RU2012100205 A RU 2012100205A RU 2474953 C1 RU2474953 C1 RU 2474953C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- bus
- output
- power supply
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8, что является существенным улучшением одного из важных качественных показателей ДУ. Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала содержит входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, первую (4) шину источника питания, первый (5) прямосмещенный p-n переход, второй (6) прямосмещенный p-n переход, первый (7) выходной транзистор, второй (8) выходной транзистор, третий (9) выходной транзистор, четвертый (10) выходной транзистор, цепь нагрузки (11), согласованную со второй (12) шиной источника питания, эмиттер дополнительного транзистора (13), эмиттер которого связан с дополнительным источником опорного тока (14), первый (15) и второй (16) последовательно соединенные дополнительные резисторы. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления дифференциальных сигналов при наличии синфазной составляющей, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в прецизионных интегральных и решающих усилителях, компараторах и т.п.).
Известны схемы дифференциальных усилителей (ДУ) на основе каскодных токовых зеркал [1-5]. ДУ с такой архитектурой стали основой построения многих современных аналоговых микросхем [1-22], в т.ч. ДУ с опцией rail-to-rail, имеющих максимальную амплитуду выходного напряжения, близкую к напряжениям питания.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в патенте US №4241315, fig.4. Его существенная особенность - применение каскодных токовых зеркал, обладающих предельно высоким выходным сопротивлением (влияющим на коэффициент усиления ДУ по напряжению), а также характеризующихся повышенным диапазоном рабочих частот в сравнении с другими вариантами токовых зеркал. Архитектура ДУ-прототипа также используется во многих патентах ведущих микроэлектронных фирм [5-22].
ДУ-прототип фиг.1 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, причем первый 2 токовый выход связан с первой 4 шиной источника питания через первый 5 прямосмещенный p-n переход, а второй 3 токовый выход связан с первой 4 шиной источника питания через второй 6 прямосмещенный p-n переход, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого связан с первой 4 шиной источника питания, база связана с первым 5 прямосмещенным p-n переходом, а коллектор соединен с эмиттером второго 8 выходного транзистора, третий 9 выходной транзистор, эмиттер которого связан с первой 4 шиной источника питания, база связана со вторым 6 прямосмещенным p-n переходом, а коллектор соединен с эмиттером четвертого 10 выходного транзистора, цепь нагрузки 11, согласованную со второй 12 шиной источника питания и связанную с выходами устройства и коллекторами второго 8 и четвертого 10 выходных транзисторов.
Существенный недостаток известного ДУ фиг.1 состоит в том, что при малых напряжениях питания (Еп) он имеет не достаточно широкий относительный (приведенный к Еп) диапазон изменения синфазной составляющей входных напряжений uc≈0,5(uc1+uc2), где uc1, uc2 - напряжения на входах ДУ.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8 В. При малых напряжениях питания (Еп≤±2 В) - это существенное улучшение одного из важных качественных показателей ДУ.
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, причем первый 2 токовый выход связан с первой 4 шиной источника питания через первый 5 прямосмещенный p-n переход, а второй 3 токовый выход связан с первой 4 шиной источника питания через второй 6 прямосмещенный p-n переход, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого связан с первой 4 шиной источника питания, база связана с первым 5 прямосмещенным p-n переходом, а коллектор соединен с эмиттером второго 8 выходного транзистора, третий 9 выходной транзистор, эмиттер которого связан с первой 4 шиной источника питания, база связана со вторым 6 прямосмещенным p-n переходом, а коллектор соединен с эмиттером четвертого 10 выходного транзистора, цепь нагрузки 11, согласованную со второй 12 шиной источника питания и связанную с выходами устройства и коллекторами второго 8 и четвертого 10 выходных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - базы второго 8 и четвертого 10 выходных транзисторов соединены с эмиттером дополнительного транзистора 13, эмиттер которого связан с дополнительным источником опорного тока 14, а коллектор подключен к первой 4 шине источника питания, причем в схему введены первый 15 и второй 16 последовательно соединенные дополнительные резисторы, которые включены между базами первого 7 и третьего 9 выходных транзисторов, а общий узел первого 15 и второго 16 дополнительных резисторов связан с базой дополнительного транзистора 13.
Схема дифференциального усилителя-прототипа представлена на фиг.1.
На фиг.2 показана схема заявляемого ДУ в соответствии с формулой изобретения.
На фиг.3 и фиг.4 показаны схемы усилителя-прототипа (фиг.3) и заявляемого ДУ (фиг.4) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов АВМК_1_3 (НПО «Интеграл», г.Минск).
На фиг.5 приведены амплитудно-частотные характеристики коэффициента ослабления входного синфазного сигнала при разных уровнях входного синфазного напряжения: Uc=10 мВ (a), Uc=1 В (б), Uc=1,7 В (в).
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, причем первый 2 токовый выход связан с первой 4 шиной источника питания через первый 5 прямосмещенный p-n переход, а второй 3 токовый выход связан с первой 4 шиной источника питания через второй 6 прямосмещенный p-n переход, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого связан с первой 4 шиной источника питания, база связана с первым 5 прямосмещенным p-n переходом, а коллектор соединен с эмиттером второго 8 выходного транзистора, третий 9 выходной транзистор, эмиттер которого связан с первой 4 шиной источника питания, база связана со вторым 6 прямосмещенным p-n переходом, а коллектор соединен с эмиттером четвертого 10 выходного транзистора, цепь нагрузки 11, согласованную со второй 12 шиной источника питания и связанную с выходами устройства и коллекторами второго 8 и четвертого 10 выходных транзисторов. Базы второго 8 и четвертого 10 выходных транзисторов соединены с эмиттером дополнительного транзистора 13, эмиттер которого связан с дополнительным источником опорного тока 14, а коллектор подключен к первой 4 шине источника питания, причем в схему введены первый 15 и второй 16 последовательно соединенные дополнительные резисторы, которые включены между базами первого 7 и третьего 9 выходных транзисторов, а общий узел первого 15 и второго 16 дополнительных резисторов связан с базой дополнительного транзистора 13.
В схеме фиг.2 входной каскад 1 реализован на транзисторах 17 и 18 и источнике тока 19, а цепь нагрузки 11 содержит резисторы 20 и 21.
Рассмотрим факторы, определяющие допустимый диапазон Uc.max изменения входных синфазных сигналов ДУ фиг.1 и ДУ фиг.2.
Максимально возможное входное синфазное напряжение ДУ фиг.1 (Uc.max) определяется из уравнения для данной схемы по второму закону Кирхгофа:
где Uc.max=Uc1=Uc2=Uc,
Uкб.13≥0 - напряжение коллектор-база транзистора 13 входного каскада 1, при котором этот транзистор работает в активном режиме;
Ud=Ud5=Ud6≈0,8 В - напряжения на p-n переходах в коллекторной цепи транзисторов 13, 14 входного каскада.
Из уравнения (1) можно найти, что максимально возможное положительное приращение входного синфазного напряжения в ДУ-прототипе Uc.max, при котором не деградирует коэффициент ослабления входных синфазных сигналов (Кос.сф) и другие динамические параметры, не лучше чем
При 
и SiGe интегральных транзисторах Uc.max≤0,4 В.
В заявляемой схеме ДУ фиг.2
т.е. ДУ фиг.2 имеет на 0,8 В более высокое значение Uc.max. При низковольтном питании - это весьма существенное преимущество.
Результаты компьютерного моделирования известной (фиг.3) и предлагаемой (фиг.4) схем ДУ, представленные на чертежах фиг.5, показывают, что схема фиг.4 имеет более высокое значение Uc.max, при превышении которого Кос.сф существенно деградирует.
Кроме этого, заявляемый ДУ характеризуется более широким частотным диапазоном из-за отсутствия эффекта умножения емкостей коллектор-база транзисторов 8 и 10, приведенных к выходам Вых.1, Вых.2.
Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине Uc.max.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Операционные усилители и компараторы: справочник [Текст]. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001., стр.225.
2. Полонников, Д.Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника [Текст] / Д.Е.Полонников. - М., 1983., С.203.
3. Операционные усилители и компараторы. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001., стр.106 (ОУ СА3078).
4. Матавкин, В.В. Быстродействующие операционные усилители [Текст] / В.В.Матавкин. - М.: Радио и связь, 1989. - Рис.2.12.
5. Шкритек, П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике [Текст]: Пер. с нем. / П.Шкритек - М.: Мир, 1991. - С.96, рис.8.2.1.
6. Патент США №4783602.
7. Патент США №4176323.
8. Патент США №5371476.
9. Патент США RE 30587.
10. Патент США №4241315.
11. Патент США №4267519.
12. Патент США №4361815.
13. Патент США №3439542.
14. Патент США №5880639.
15. А.св. СССР №361605.
16. Патент ФРГ №2551068.
17. Патент ФРГ №2620999.
18. Патент США №5936568.
19. Патент США №5497124.
20. Патент США №3979689.
21. Патент США №5399991.
22. Патент США №4618832.
Claims (1)
- Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, причем первый (2) токовый выход связан с первой (4) шиной источника питания через первый (5) прямосмещенный p-n переход, а второй (3) токовый выход связан с первой (4) шиной источника питания через второй (6) прямосмещенный p-n переход, первый (7) выходной транзистор, эмиттер которого связан с первой (4) шиной источника питания, база связана с первым (5) прямосмещенным p-n переходом, а коллектор соединен с эмиттером второго (8) выходного транзистора, третий (9) выходной транзистор, эмиттер которого связан с первой (4) шиной источника питания, база связана со вторым (6) прямосмещенным p-n переходом, а коллектор соединен с эмиттером четвертого (10) выходного транзистора, цепь нагрузки (11), согласованную со второй (12) шиной источника питания и связанную с выходами устройства и коллекторами второго (8) и четвертого (10) выходных транзисторов, отличающийся тем, что базы второго (8) и четвертого (10) выходных транзисторов соединены с эмиттером дополнительного транзистора (13), эмиттер которого связан с дополнительным источником опорного тока (14), а коллектор подключен к первой (4) шине источника питания, причем в схему введены первый (15) и второй (16) последовательно соединенные дополнительные резисторы, которые включены между базами первого (7) и третьего (9) выходных транзисторов, а общий узел первого (15) и второго (16) дополнительных резисторов связан с базой дополнительного транзистора (13).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100205/08A RU2474953C1 (ru) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100205/08A RU2474953C1 (ru) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2474953C1 true RU2474953C1 (ru) | 2013-02-10 |
Family
ID=49120603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012100205/08A RU2474953C1 (ru) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2474953C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4241315A (en) * | 1979-02-23 | 1980-12-23 | Harris Corporation | Adjustable current source |
| RU2321158C1 (ru) * | 2006-10-09 | 2008-03-27 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Каскодный дифференциальный усилитель |
| RU2374760C1 (ru) * | 2008-03-07 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель |
| RU2421887C1 (ru) * | 2010-05-27 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
-
2012
- 2012-01-10 RU RU2012100205/08A patent/RU2474953C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4241315A (en) * | 1979-02-23 | 1980-12-23 | Harris Corporation | Adjustable current source |
| RU2321158C1 (ru) * | 2006-10-09 | 2008-03-27 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Каскодный дифференциальный усилитель |
| RU2374760C1 (ru) * | 2008-03-07 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель |
| RU2421887C1 (ru) * | 2010-05-27 | 2011-06-20 | 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 |
|---|---|---|
| RU2365969C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| RU2421880C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
| RU2474953C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала | |
| RU2523947C1 (ru) | Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов | |
| RU2346388C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| CN210405325U (zh) | 功率检测器 | |
| RU2658818C1 (ru) | Дифференциальный преобразователь "напряжение-ток" с широким диапазоном линейной работы | |
| RU2536376C1 (ru) | Операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
| RU2421881C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2475942C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
| RU2421882C1 (ru) | Двухкаскадный вч-усилитель | |
| RU2459348C1 (ru) | Операционный усилитель с цепью коррекции коэффициента усиления | |
| RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2433523C1 (ru) | Прецизионный дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2320078C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2504896C1 (ru) | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя | |
| CN110868263B (zh) | 一种功率检测器 | |
| RU2423779C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с низковольтными входными транзисторами | |
| RU2595923C1 (ru) | Быстродействующий операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода | |
| RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2292631C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
| RU2278466C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала | |
| RU2509406C1 (ru) | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя | |
| RU2519440C1 (ru) | Трансимпедансный преобразователь сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140111 |