RU2487467C1 - Apparatus for compensating for static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors - Google Patents

Apparatus for compensating for static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors Download PDF

Info

Publication number
RU2487467C1
RU2487467C1 RU2011150785/08A RU2011150785A RU2487467C1 RU 2487467 C1 RU2487467 C1 RU 2487467C1 RU 2011150785/08 A RU2011150785/08 A RU 2011150785/08A RU 2011150785 A RU2011150785 A RU 2011150785A RU 2487467 C1 RU2487467 C1 RU 2487467C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compensating
transistors
transistor
substrate
input currents
Prior art date
Application number
RU2011150785/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Александр Игоревич Серебряков
Петр Сергеевич Будяков
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 RU2011150785/08A priority Critical patent/RU2487467C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2487467C1 publication Critical patent/RU2487467C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: apparatus for compensating for static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors has first and second compensating transistors, emitters of which are connected to each other and to a current source, a differential stage on bipolar transistors with first and second inputs connected to collectors of corresponding first and second compensating transistors, first and second closed insulating p-n junctions on the substrate of the first and second compensating transistors, first leads of which are connected to collectors of the corresponding first and second compensating transistors, wherein the base of the first compensating transistor is connected to the collector of the second compensating transistor, the base of the second compensating transistor is connected to the collector of the first compensating transistor, second leads of the first and second closed insulating p-n junctions on the substrate of the first and second compensating transistors are connected to combined emitters of the first and second compensating transistors.
EFFECT: high stability of output current of the compensation device.
6 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов датчиков с высоким внутренним сопротивлением, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), широкополосных и избирательных усилителях, фильтрах и т.п.).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals of sensors with high internal resistance, in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps), broadband and selective amplifiers, filters, etc. )

Известны устройства для компенсации статических и динамических входных токов дифференциальных каскадов на биполярных транзисторах [1-7], которые используются для уменьшения статических и динамических погрешностей дифференциальных каскадов, обусловленных β-транзисторов.Known devices for compensating static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors [1-7], which are used to reduce the static and dynamic errors of differential stages caused by β-transistors.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является схема, представленная в патенте RU №2346386. Он содержит первый 1 и второй 2 компенсирующие транзисторы, эмиттеры которых соединены друг с другом и связаны с источником тока 3, дифференциальный каскад 4 на биполярных транзисторах с первым 5 и вторым 6 входами, связанными с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, первый 7 и второй 8 закрытые изолирующие p-n переходы на подложку первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, первые выводы которых связаны с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, причем база первого 1 компенсирующего транзистора соединена с коллектором второго 2 компенсирующего транзистора, а база второго 2 компенсирующего транзистора соединена с коллектором первого 1 компенсирующего транзистора.The closest prototype of the claimed device is a circuit presented in patent RU No. 2346386. It contains the first 1 and second 2 compensating transistors, the emitters of which are connected to each other and connected to a current source 3, a differential stage 4 on bipolar transistors with the first 5 and second 6 inputs connected to the collectors of the corresponding first 1 and second 2 compensating transistors, the first 7 and second 8 closed isolating pn junctions on the substrate of the first 1 and second 2 compensating transistors, the first conclusions of which are connected to the collectors of the corresponding first 1 and second 2 compensating transistors, and the base the first 1 compensating transistor is connected to the collector of the second 2 compensating transistor, and the base of the second 2 compensating transistor is connected to the collector of the first 1 compensating transistor.

Данная структура ДУ присутствует также в патентах RU №2346386, RU №2346385, RU №2393628, RU №2394361, RU №2394360, RU №2396699, RU №2396698.This structure of the remote control is also present in patents RU No. 2346386, RU No. 2346385, RU No. 2393628, RU No. 2394361, RU No. 2394360, RU No. 2396699, RU No. 2396698.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что при его реализации на p-n-p транзисторах, имеющих традиционную изоляцию p-n переходами на подложку, оно не обеспечивает полную компенсацию входных токов дифференциальных каскадов в широком диапазоне температур, а также при воздействии радиации, что требует введения специальных компенсирующих p-n переходов [1-7].A significant drawback of the known device is that when it is implemented on pnp transistors having traditional isolation of pn junctions on a substrate, it does not provide full compensation of the input currents of differential stages in a wide temperature range, as well as when exposed to radiation, which requires the introduction of special compensating pn transitions [1-7].

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении стабильности выходных токов устройства компенсации, и, как следствие, повышение эффективности его использования при работе с классическими дифференциальными каскадами на биполярных транзисторах.The main objective of the invention is to increase the stability of the output currents of the compensation device, and, as a result, increase the efficiency of its use when working with classical differential cascades on bipolar transistors.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для компенсации статических и динамических входных токов дифференциальных каскадов на биполярных транзисторах фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 компенсирующие транзисторы, эмиттеры которых соединены друг с другом и связаны с источником тока 3, дифференциальный каскад 4 на биполярных транзисторах с первым 5 и вторым 6 входами, связанными с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, первый 7 и второй 8 закрытые изолирующие p-n переходы на подложку первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, первые выводы которых связаны с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, причем база первого 1 компенсирующего транзистора соединена с коллектором второго 2 компенсирующего транзистора, а база второго 2 компенсирующего транзистора соединена с коллектором первого 1 компенсирующего транзистора, предусмотрены новые связи - вторые выводы первого 7 и второго 8 закрытых изолирующих p-n переходов на подложку первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов соединены с объединенными эмиттерами первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов.The problem is achieved in that in the device for compensating the static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors of Fig. 1, containing the first 1 and second 2 compensating transistors, the emitters of which are connected to each other and connected to the current source 3, the differential stage 4 on bipolar transistors with the first 5 and second 6 inputs connected to the collectors of the corresponding first 1 and second 2 compensating transistors, the first 7 and second 8 closed isolation pn junctions on the substrate per 1 and second 2 compensating transistors, the first terminals of which are connected to the collectors of the corresponding first 1 and second 2 compensating transistors, the base of the first 1 compensating transistor connected to the collector of the second 2 compensating transistor, and the base of the second 2 compensating transistor connected to the collector of the first 1 compensating transistor new connections are provided - the second conclusions of the first 7 and second 8 closed insulating pn junctions on the substrate of the first 1 and second 2 compensating soy transistors ineny emitters combined with the first one 2 and the second compensating transistors.

На чертеже фиг.1 представлена схема известного устройства для компенсации входных токов дифференциального каскада 4.The drawing of figure 1 presents a diagram of a known device for compensating the input currents of a differential stage 4.

На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The drawing of figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.

В схеме фиг.3 приведены схемы устройства компенсации с тремя вариантами включения изолирующих p-n переходов на подложку:The diagram of figure 3 shows the scheme of the compensation device with three options for the inclusion of insulating p-n junctions on the substrate:

- фиг.3а - p-n переходы на подложку включены традиционным образом, что соответствует прототипу фиг.1;- figa - p-n transitions to the substrate are included in the traditional way, which corresponds to the prototype of figure 1;

- фиг.3б - p-n переходы на подложку включены в соответствии с формулой изобретения;- figb - pn transitions to the substrate are included in accordance with the claims;

- фиг.3в - p-n переходы на подложку отсутствуют (идеальный случай).- figv - p-n transitions to the substrate are absent (ideal case).

На чертеже фиг.4 показана температурная зависимость выходного (компенсирующего) тока Icom.1=IR1 в устройстве-прототипе при разных значениях тока I1 (40 мкА, 100 мкА, 200 мкА), который связан с численными значениями β транзисторов дифференциального каскада 1.The drawing of figure 4 shows the temperature dependence of the output (compensating) current I com.1 = I R1 in the prototype device for different values of current I 1 (40 μA, 100 μA, 200 μA), which is associated with the numerical values of β transistors of the differential stage one.

На чертеже фиг.5 показана температурная зависимость выходного (компенсирующего) тока Icom.1=IR1 в заявляемом устройстве при разных значениях тока I1 (40 мкА, 100 мкА, 200 мкА).The drawing of figure 5 shows the temperature dependence of the output (compensating) current I com.1 = I R1 in the inventive device at different current values I 1 (40 μA, 100 μA, 200 μA).

На чертеже фиг.6 показана температурная зависимость выходного (компенсирующего) тока Icom.1=IR1 в рассматриваемых устройствах фиг.3в при разных значениях тока I1 (40 мкА, 100 мкА, 200 мкА) и отсутствии изолирующих p-n переходов на подложку (идеальный вариант схемы).The drawing of Fig. 6 shows the temperature dependence of the output (compensating) current I com.1 = I R1 in the considered devices of Fig.3c for different values of the current I 1 (40 μA, 100 μA, 200 μA) and the absence of isolating pn junctions on the substrate ( ideal version of the circuit).

Устройство для компенсации статических и динамических входных токов дифференциальных каскадов на биполярных транзисторах фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 компенсирующие транзисторы, эмиттеры которых соединены друг с другом и связаны с источником тока 3, дифференциальный каскад 4 на биполярных транзисторах с первым 5 и вторым 6 входами, связанными с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, первый 7 и второй 8 закрытые изолирующие p-n переходы на подложку первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, первые выводы которых связаны с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов, причем база первого 1 компенсирующего транзистора соединена с коллектором второго 2 компенсирующего транзистора, а база второго 2 компенсирующего транзистора соединена с коллектором первого 1 компенсирующего транзистора. Вторые выводы первого 7 и второго 8 закрытых изолирующих p-n переходов на подложку первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов соединены с объединенными эмиттерами первого 1 и второго 2 компенсирующих транзисторов.The device for compensating the static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors of figure 2 contains the first 1 and second 2 compensating transistors, the emitters of which are connected to each other and connected to a current source 3, a differential stage 4 on bipolar transistors with the first 5 and second 6 the inputs associated with the collectors of the corresponding first 1 and second 2 compensating transistors, the first 7 and second 8 closed insulating pn junctions on the substrate of the first 1 and second 2 compensating transistors the first conclusions of which are connected to the collectors of the corresponding first 1 and second 2 compensating transistors, the base of the first 1 compensating transistor connected to the collector of the second 2 compensating transistor, and the base of the second 2 compensating transistor connected to the collector of the first 1 compensating transistor. The second terminals of the first 7 and second 8 closed insulating pn junctions on the substrate of the first 1 and second 2 compensating transistors are connected to the combined emitters of the first 1 and second 2 compensating transistors.

Рассмотрим работу ДУ фиг.2.Consider the operation of the remote control of figure 2.

Дифференциальный каскад 4 характеризуется входными токами I в х .4 ( + )

Figure 00000001
и I в х .4 ( )
Figure 00000002
, которые компенсируются выходными токами Icom.1 и Icom.2 предлагаемого устройства компенсацииDifferential stage 4 is characterized by input currents I at x .four ( + )
Figure 00000001
and I at x .four ( - )
Figure 00000002
which are compensated by the output currents I com.1 and I com.2 of the proposed compensation device

I c o m .1 = I 0 + ( 1 α 1 ) I 7 0 ,         (1)

Figure 00000003
I c o m .one = I 0 + ( one - α one ) I 7 0 , (one)
Figure 00000003

I c o m .2 = I 0 + ( 1 α 2 ) I 8 0 ,         (2)

Figure 00000004
I c o m .2 = I 0 + ( one - α 2 ) I 8 0 , (2)
Figure 00000004

где I3=2I0 - суммарный ток эмиттеров транзисторов 1, 2;where I 3 = 2I 0 is the total current of the emitters of transistors 1, 2;

αi≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзисторов 1, 2, связанный с β транзисторов дифференциального каскада 4.α i ≈1 is the current gain of the emitter of transistors 1, 2, associated with β transistors of the differential stage 4.

В результате эквивалентные входные токи для узлов 5 и 6 уменьшаются.As a result, the equivalent input currents for nodes 5 and 6 are reduced.

I в х . 1 ( ) = I в х .4 ( ) I 0 ( 1 α 1 ) I 7 0 I в х .4 ( ) I 0 ,       (3)

Figure 00000005
I at x . one ( - ) = I at x .four ( - ) - I 0 - ( one - α one ) I 7 0 I at x .four ( - ) - I 0 , (3)
Figure 00000005

I в х . 2 ( + ) = I в х .4 ( + ) I 0 ( 1 α 2 ) I 8 0 I в х .4 ( + ) I 0 .       (4)

Figure 00000006
I at x . 2 ( + ) = I at x .four ( + ) - I 0 - ( one - α 2 ) I 8 0 I at x .four ( + ) - I 0 . (four)
Figure 00000006

За счет соответствующего выбора тока I0 ( I 0 I в х .4 ( + )

Figure 00000007
, I 0 I в х .4 ( )
Figure 00000008
), a также обеспечение α2≈1 в схеме фиг.2 устраняется влияние температурно-зависимых токов через p-n переходы на подложку I 7 0
Figure 00000009
, I 8 0
Figure 00000010
на суммарные входные токи I в х . 1 ( )
Figure 00000011
, I в х . 2 ( + )
Figure 00000012
устройства.Due to the appropriate choice of current I 0 ( I 0 I at x .four ( + )
Figure 00000007
, I 0 I at x .four ( - )
Figure 00000008
), as well as providing α 2 ≈1 in the circuit of Fig. 2, the influence of temperature-dependent currents through pn junctions on the substrate is eliminated I 7 0
Figure 00000009
, I 8 0
Figure 00000010
total input currents I at x . one ( - )
Figure 00000011
, I at x . 2 ( + )
Figure 00000012
devices.

Компьютерное моделирование (фиг.5, фиг.6) показывает, что компенсирующие токи в предлагаемой схеме IR1=Icom.1, IR2=Icom.2 не изменяются в диапазоне температур. Для схемы-прототипа эти эффекты не характерны (фиг.4).Computer simulation (figure 5, figure 6) shows that the compensating currents in the proposed circuit I R1 = I com.1 , I R2 = I com.2 do not change in the temperature range. For the prototype circuit, these effects are not characteristic (figure 4).

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более эффективную компенсацию входных токов дифференциального каскада 4 на биполярных транзисторах.Thus, the proposed device provides a more efficient compensation of the input currents of the differential cascade 4 on bipolar transistors.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент RU №23463861. Patent RU No. 2346386

2. Патент RU №23463852. Patent RU No. 2346385

3. Патент RU №23936283. Patent RU No. 2393628

4. Патент RU №23943614. Patent RU No. 2394361

5. Патент RU №23943605. Patent RU No. 2394360

6. Патент RU №23966996. Patent RU No. 2396699

7. Патент RU №23966987. Patent RU No. 2396698

Claims (1)

Устройство для компенсации статических и динамических входных токов дифференциальных каскадов на биполярных транзисторах, содержащее первый (1) и второй (2) компенсирующие транзисторы, эмиттеры которых соединены друг с другом и связаны с источником тока (3), дифференциальный каскад (4) на биполярных транзисторах с первым (5) и вторым (6) входами, связанными с коллекторами соответствующих первого (1) и второго (2) компенсирующих транзисторов, первый (7) и второй (8) закрытые изолирующие p-n переходы на подложку первого (1) и второго (2) компенсирующих транзисторов, первые выводы которых связаны с коллекторами соответствующих первого (1) и второго (2) компенсирующих транзисторов, причем база первого (1) компенсирующего транзистора соединена с коллектором второго (2) компенсирующего транзистора, а база второго (2) компенсирующего транзистора соединена с коллектором первого (1) компенсирующего транзистора, отличающееся тем, что вторые выводы первого (7) и второго (8) закрытых изолирующих p-n переходов на подложку первого (1) и второго (2) компенсирующих транзисторов соединены с объединенными эмиттерами первого (1) и второго (2) компенсирующих транзисторов. A device for compensating static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors, containing the first (1) and second (2) compensating transistors, the emitters of which are connected to each other and connected to a current source (3), a differential stage (4) on bipolar transistors with the first (5) and second (6) inputs connected to the collectors of the corresponding first (1) and second (2) compensating transistors, the first (7) and second (8) closed pn isolating junctions on the substrate of the first (1) and second ( 2) compensating tr ansistors, the first conclusions of which are connected to the collectors of the corresponding first (1) and second (2) compensating transistors, the base of the first (1) compensating transistor connected to the collector of the second (2) compensating transistor, and the base of the second (2) compensating transistor connected to the collector the first (1) compensating transistor, characterized in that the second terminals of the first (7) and second (8) closed isolating pn junctions on the substrate of the first (1) and second (2) compensating transistors are connected to the combined emit s first (1) and second (2) compensating transistors.
RU2011150785/08A 2011-12-13 2011-12-13 Apparatus for compensating for static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors RU2487467C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011150785/08A RU2487467C1 (en) 2011-12-13 2011-12-13 Apparatus for compensating for static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011150785/08A RU2487467C1 (en) 2011-12-13 2011-12-13 Apparatus for compensating for static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2487467C1 true RU2487467C1 (en) 2013-07-10

Family

ID=48788374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011150785/08A RU2487467C1 (en) 2011-12-13 2011-12-13 Apparatus for compensating for static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2487467C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU978320A1 (en) * 1981-02-12 1982-11-30 Предприятие П/Я В-2119 Differential amplifier
US20040174216A1 (en) * 2003-03-07 2004-09-09 Viswanathan Tandur L. Highly linear low voltage rail-to-rail input/output operational amplifier
US6963244B1 (en) * 2003-12-12 2005-11-08 Analog Devices, Inc. Common mode linearized input stage and amplifier topology
RU2346386C1 (en) * 2008-01-22 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier
RU2396698C1 (en) * 2009-03-25 2010-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU978320A1 (en) * 1981-02-12 1982-11-30 Предприятие П/Я В-2119 Differential amplifier
US20040174216A1 (en) * 2003-03-07 2004-09-09 Viswanathan Tandur L. Highly linear low voltage rail-to-rail input/output operational amplifier
US6963244B1 (en) * 2003-12-12 2005-11-08 Analog Devices, Inc. Common mode linearized input stage and amplifier topology
RU2346386C1 (en) * 2008-01-22 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier
RU2396698C1 (en) * 2009-03-25 2010-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419197C1 (en) Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage
RU2523124C1 (en) Multi-differential operational amplifier
RU2487467C1 (en) Apparatus for compensating for static and dynamic input currents of differential stages on bipolar transistors
RU2523947C1 (en) Output stage of power amplifier based on complementary transistors
RU2321159C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2411636C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2412530C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2421893C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2390912C2 (en) Cascode differential amplifier
RU2446555C2 (en) Differential operational amplifier
RU2396698C1 (en) Differential amplifier
RU2419187C1 (en) Cascode differential amplifier with increased zero level stability
RU2432667C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2346387C1 (en) Low-voltage differential amplifier
RU2321158C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2365029C1 (en) Cascode difference amplifier with low offset voltage
RU2421894C1 (en) Differential amplifier
RU2432666C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2420862C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2412536C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2439783C1 (en) Differential amplifier with higher amplification ratio by voltage
RU2374760C1 (en) Differential amplifier
RU2390914C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2444114C1 (en) Operational amplifier with low-resistance load

Legal Events

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

Effective date: 20131214