RU2536376C1 - Операционный усилитель с парафазным выходом - Google Patents
Операционный усилитель с парафазным выходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536376C1 RU2536376C1 RU2013119661/08A RU2013119661A RU2536376C1 RU 2536376 C1 RU2536376 C1 RU 2536376C1 RU 2013119661/08 A RU2013119661/08 A RU 2013119661/08A RU 2013119661 A RU2013119661 A RU 2013119661A RU 2536376 C1 RU2536376 C1 RU 2536376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- additional
- output
- auxiliary
- transistors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении стабильности операционного усилителя на постоянном токе. Устройство содержит входной дифференциальный каскад с токовыми выходами, согласованный с первой шиной источника питания, первое и второе токовые зеркала, согласованные со второй шиной источника питания, первый и второй токостабилизирующие двухполюсники, первый и второй токовые выходы входного дифференциального каскада связаны с эмиттером первого, второго, третьего и четвертого дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, базы первого и третьего дополнительных транзисторов объединены и подключены к источнику вспомогательного напряжения, коллектор первого дополнительного транзистора соединен со входом первого токового зеркала, коллектор третьего дополнительного транзистора соединен со входом второго токового зеркала, первый вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго и четвертого дополнительных транзисторов через первый дополнительный резистор, второй вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго и четвертого дополнительных транзисторов через второй дополнительный резистор. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники, электромеханики и может использоваться в мостовых усилителях мощности с малым напряжением питания, фазорасщепителях, активных RC-фильтрах, драйверах дифференциальных линий связи и системах управления маломощными электродвигателями постоянного тока и т.п.
В задачах усиления и преобразования сигналов широко используются операционные усилители (ОУ) с парафазным Rail-to-rail выходом [1-17], при котором выходные напряжения ОУ изменяются от «шины питания
» до «шины питания
».
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является Rail-to-rail операционный усилитель, представленный в патентной заявке US 2006/0006910 fig.1. Он содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, согласованный с первой 4 шиной источника питания, первое 5 и второе 6 токовые зеркала, согласованные со второй 7 шиной источника питания, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с выходом первого 5 токового зеркала и первым 9 вспомогательным выходом устройства, второй 10 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с выходом второго 6 токового зеркала и вторым 11 вспомогательным выходом устройства.
Существенный недостаток известного операционного усилителя-прототипа состоит в том, что при больших сопротивлениях первого 8 и второго 10 токостабилизирующих двухполюсников, которые для повышения коэффициента усиления (Ку) часто заменяются на источники опорного тока, в нем не обеспечивается стабильный статический режим.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых схема ОУ имеет (при повышенном Ку) высокую стабильность на постоянном токе и взаимосвязанные парафазные выходы, статическое напряжение на которых равно потенциалу общей шины.
Поставленная задача решается тем, что в операционном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, согласованный с первой 4 шиной источника питания, первое 5 и второе 6 токовые зеркала, согласованные со второй 7 шиной источника питания, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с выходом первого 5 токового зеркала и первым 9 вспомогательным выходом устройства, второй 10 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с выходом второго 6 токового зеркала и вторым 11 вспомогательным выходом устройства, предусмотрены новые элементы и связи - первый 2 токовый выход входного дифференциального каскада 1 связан с эмиттером первого 11 и второго 12 дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, второй 3 токовый выход входного дифференциального каскада 1 связан с эмиттером третьего 13 и четвертого 14 дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, базы первого 11 и третьего 13 дополнительных транзисторов объединены и подключены к источнику вспомогательного напряжения 15, коллектор первого 11 дополнительного транзистора соединен со входом первого 5 токового зеркала, коллектор третьего 13 дополнительного транзистора соединен со входом второго 6 токового зеркала, первый 9 вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго 12 и четвертого 14 дополнительных транзисторов через первый дополнительный резистор 16, второй 11 вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго 12 и четвертого 14 дополнительных транзисторов через второй дополнительный резистор 17, причем коллекторы второго 12 и четвертого 14 дополнительных транзисторов связаны с первой 4 шиной источника питания.
На чертеже фиг.1 представлена схема усилителя-прототипа, а на чертеже фиг.2 - схема заявляемого устройства в соответствии с пп.1-2 формулы изобретения.
На чертеже фиг.3 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с пп.3-4 формулы изобретения.
На чертеже фиг.4 представлена схема фиг.3 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На чертеже фиг.5 приведена зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты ОУ фиг.4 при R1=R2=1 ком. Выходное синфазное напряжение ОУ в этом случае близко к нулю: Uвых.с=2 мВ.
Операционный усилитель с парафазным выходом фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, согласованный с первой 4 шиной источника питания, первое 5 и второе 6 токовые зеркала, согласованные со второй 7 шиной источника питания, первый 8 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с выходом первого 5 токового зеркала и первым 9 вспомогательным выходом устройства, второй 10 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с выходом второго 6 токового зеркала и вторым 11 вспомогательным выходом устройства. Первый 2 токовый выход входного дифференциального каскада 1 связан с эмиттером первого 11 и второго 12 дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, второй 3 токовый выход входного дифференциального каскада 1 связан с эмиттером третьего 13 и четвертого 14 дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, базы первого 11 и третьего 13 дополнительных транзисторов объединены и подключены к источнику вспомогательного напряжения 15, коллектор первого 11 дополнительного транзистора соединен со входом первого 5 токового зеркала, коллектор третьего 13 дополнительного транзистора соединен со входом второго 6 токового зеркала, первый 9 вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго 12 и четвертого 14 дополнительных транзисторов через первый дополнительный резистор 16, второй 11 вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго 12 и четвертого 14 дополнительных транзисторов через второй дополнительный резистор 17, причем коллекторы второго 12 и четвертого 14 дополнительных транзисторов связаны с первой 4 шиной источника питания.
На чертеже фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, первый 9 вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго 12 и четвертого 14 дополнительных транзисторов через последовательно соединенные первый буферный усилитель 18 и первый 16 дополнительный резистор, а второй 11 вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго 12 и четвертого 14 дополнительных транзисторов через последовательно соединенные второй 19 буферный усилитель и второй 17 дополнительный резистор.
На чертеже фиг.3, в соответствии с п.3 формулы изобретения, в качестве основных выходов устройства 20 и 21 используются выходы соответствующих первого 18 и второго 19 буферный усилителей.
На чертеже фиг.3, в соответствии с п.4 формулы изобретения, источник вспомогательного напряжения 15 реализован на основе последовательно включенных вспомогательного токостабилизирующего двухполюсника 22 и двух р-n переходов 23, 24.
Рассмотрим работу схемы фиг.2.
Статический режим по току транзисторов ОУ фиг.2 и токи выходов 2 (I2) и 3 (I3) устанавливаются источником опорного тока входного дифференциального каскада 1 (IΣ=2I0) и токостабилизирующими двухполюсниками 8 и 10:
где Iэi - токи эмиттеров i-го транзистора.
За счет выбора соотношения токов IΣ, I8, I10 устанавливается заданный уровень эмиттерных токов транзисторов 12 и 14, которые рекомендуется выбирать с учетом неравенства Iэ12=1э14≤I0.
Уровень выходных статических синфазных напряжений на выходах 9 и 11 определяются следующим уравнением
где Uэб≈0,7 B - статическое напряжение эмиттер-база транзисторов 11, 12, 13, 14;
Е15 - напряжение источника вспомогательного напряжения 15.
При выборе E15=1,4 В из (4) и (5) получаем, что выходное статическое синфазное напряжение ОУ близко к нулю.
Если на входы ОУ подается дифференциальный сигнал, то это вызывает противофазные изменения эмиттерных и коллекторных токов транзисторов 11, 13, которые через токовые зеркала 5 и 6 передаются в цепь нагрузки, роль которой выполняют резисторы 16 и 17. Поэтому коэффициент усиления по напряжению схемы
где φт≈25 мВ - температурный потенциал.
Замечательная особенность схемы фиг.2 - широкий диапазон изменения напряжения на выходах 9 и 11. При типовом построении токовых зеркал 5 и 6 и токостабилизирующих двухполюсников 8 и 10 амплитуда положительного (
) и отрицательного (
) выходного сигнала ОУ может достигать суммы напряжений положительного
и отрицательного
источников питания:
Это весьма существенно для схем с низковольтным питанием.
Для получения больших мощностей и токов нагрузки в схеме фиг.3 введены буферные усилители 18 и 19.
Результаты моделирования схемы фиг.4 подтверждают высокую стабильность статического режима при больших значениях коэффициента усиления (фиг.5), что обеспечивается общей отрицательной обратной связью по синфазному сигналу.
Таким образом, предлагаемое схемотехническое решение ОУ характеризуется высокой стабильностью статического режима при повышенном Ку и широким диапазоном изменения выходного напряжения, что является его существенным преимуществом в сравнении с прототипом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент US 6.590.455 fig.1
2. Патент US 6.069.534 fig.6
3. Патент US 6.801.084
4. Патент US 6.218.905
5. Патент US 6.639.477 fig.3В
6. Патент US 6.809.594 fig.1
7. Патент US 5.714.909 fig.2
8. Патент US 7.042.295
9. Патент US 4.511.857 fig.3а
10. Патент US 5.345.073 fig.3
11. Патент US 7.486.140 fig.1, fig.6
12. Патент ЕР 1351381 fig.2
13. Патентная заявка US 2011/0012678
14. Патентная заявка US 2006/0139098
15. Патент US 7.649.418 fig.3А
16. Патент US 6.657.465 fig.2
17. Патент JP 58-31768
Claims (4)
1. Операционный усилитель с парафазным выходом, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, согласованный с первой (4) шиной источника питания, первое (5) и второе (6) токовые зеркала, согласованные со второй (7) шиной источника питания, первый (8) токостабилизирующий двухполюсник, связанный с выходом первого (5) токового зеркала и первым (9) вспомогательным выходом устройства, второй (10) токостабилизирующий двухполюсник, связанный с выходом второго (6) токового зеркала и вторым (11) вспомогательным выходом устройства, отличающийся тем, что первый (2) токовый выход входного дифференциального каскада (1) связан с эмиттером первого (11) и второго (12) дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, второй (3) токовый выход входного дифференциального каскада (1) связан с эмиттером третьего (13) и четвертого (14) дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, базы первого (11) и третьего (13) дополнительных транзисторов объединены и подключены к источнику вспомогательного напряжения (15), коллектор первого (11) дополнительного транзистора соединен со входом первого (5) токового зеркала, коллектор третьего (13) дополнительного транзистора соединен со входом второго (6) токового зеркала, первый (9) вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго (12) и четвертого (14) дополнительных транзисторов через первый дополнительный резистор (16), второй (11) вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго (12) и четвертого (14) дополнительных транзисторов через второй дополнительный резистор (17), причем коллекторы второго (12) и четвертого (14) дополнительных транзисторов связаны с первой (4) шиной источника питания.
2. Операционный усилитель с парафазным выходом по п.1, отличающийся тем, что первый (9) вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго (12) и четвертого (14) дополнительных транзисторов через последовательно соединенные первый буферный усилитель (18) и первый (16) дополнительный резистор, а второй (11) вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго (12) и четвертого (14) дополнительных транзисторов через последовательно соединенные второй (19) буферный усилитель и второй (17) дополнительный резистор.
3. Операционный усилитель с парафазным выходом по п.1, отличающийся тем, что в качестве основных выходов устройства (20) и (21) используются выходы соответствующих первого (18) и второго (19) буферный усилителей.
4. Операционный усилитель с парафазным выходом по п.1, отличающийся тем, что источник вспомогательного напряжения (15) реализован на основе последовательно включенных вспомогательного токостабилизирующего двухполюсника (22) и двух р-n переходов (23), (24).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013119661/08A RU2536376C1 (ru) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Операционный усилитель с парафазным выходом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013119661/08A RU2536376C1 (ru) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Операционный усилитель с парафазным выходом |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013119661A RU2013119661A (ru) | 2014-11-10 |
RU2536376C1 true RU2536376C1 (ru) | 2014-12-20 |
Family
ID=53286345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013119661/08A RU2536376C1 (ru) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Операционный усилитель с парафазным выходом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2536376C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621291C1 (ru) * | 2016-04-08 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный инструментальный усилитель с парафазным выходом |
RU2724921C1 (ru) * | 2020-02-06 | 2020-06-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Операционный усилитель с парафазным выходом для активных rc-фильтров, работающих в условиях воздействия потока нейтронов и низких температур |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7339430B2 (en) * | 2006-07-26 | 2008-03-04 | Aimtron Technology Corp. | Rail-to-rail operational amplifier with an enhanced slew rate |
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 |
RU2446554C1 (ru) * | 2010-11-13 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
RU2474952C1 (ru) * | 2011-10-28 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Операционный усилитель |
-
2013
- 2013-04-26 RU RU2013119661/08A patent/RU2536376C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7339430B2 (en) * | 2006-07-26 | 2008-03-04 | Aimtron Technology Corp. | Rail-to-rail operational amplifier with an enhanced slew rate |
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 |
RU2446554C1 (ru) * | 2010-11-13 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом |
RU2474952C1 (ru) * | 2011-10-28 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Операционный усилитель |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621291C1 (ru) * | 2016-04-08 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Дифференциальный инструментальный усилитель с парафазным выходом |
RU2724921C1 (ru) * | 2020-02-06 | 2020-06-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Операционный усилитель с парафазным выходом для активных rc-фильтров, работающих в условиях воздействия потока нейтронов и низких температур |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013119661A (ru) | 2014-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2523124C1 (ru) | Мультидифференциальный операционный усилитель | |
KR101152601B1 (ko) | 2세대 전류 콘베이어를 이용한 단방향 전류 감지회로 | |
RU2536376C1 (ru) | Операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2333593C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы | |
TWI483544B (zh) | 電容放大電路及其操作方法 | |
RU2439778C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2433523C1 (ru) | Прецизионный дифференциальный операционный усилитель | |
RU2412530C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
RU2452077C1 (ru) | Операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2441316C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2589323C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
RU2284647C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2449464C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2621289C1 (ru) | Двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
RU2394362C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2450425C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
RU2421894C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2450423C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель | |
RU2513482C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2579127C1 (ru) | Широкополосный преобразователь n-токовых входных сигналов в напряжение на основе операционного усилителя | |
RU2568318C1 (ru) | Мультидифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2509406C1 (ru) | Входной каскад быстродействующего операционного усилителя |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150427 |