RU2615070C1 - High-precision two-stage differential operational amplifier - Google Patents

High-precision two-stage differential operational amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2615070C1
RU2615070C1 RU2015155156A RU2015155156A RU2615070C1 RU 2615070 C1 RU2615070 C1 RU 2615070C1 RU 2015155156 A RU2015155156 A RU 2015155156A RU 2015155156 A RU2015155156 A RU 2015155156A RU 2615070 C1 RU2615070 C1 RU 2615070C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
current
output
source
stage
Prior art date
Application number
RU2015155156A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Олег Владимирович Дворников
Николай Владимирович Бутырлагин
Анна Витальевна Бугакова
Александр Игоревич Серебряков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
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 образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority to RU2015155156A priority Critical patent/RU2615070C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2615070C1 publication Critical patent/RU2615070C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: physics, instrument-making.
SUBSTANCE: invention relates to radio electronics and can be used as a high-precision signal amplifier. The high-precision two-stage differential operational amplifier comprises an input differential stage (1), the common emitter circuit (2) of which is coupled with a first (3) power supply bus through a reference current (4) source, first (5) and second (6) current outputs of the input differential stage (1), first (7) and second (8) output transistors, bases of which are connected to a bias voltage (9) source, and emitters are connected through corresponding first (10) and second (11) current-stabilising two-terminal elements to a second (12) power supply bus, a current mirror (13), matched with the first (3) power supply bus, the input of which is connected to the collector of the first (7) output transistor, and the output is connected to the collector of the second (8) output transistor and the current output of the device (14). The reference current source (4) used is an input (15) controlled reference current source, wherein the control input (15) of the reference current source (4) is connected to the collector of the first (16) and second (17) additional transistors.
EFFECT: invention increases differential signal gain in open state of the two-stage operational amplifier to 90-400 dB.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов.The invention relates to the field of electronics and can be used as a precision signal amplification device.

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение двухкаскадные операционные усилители (ОУ) на полевых и биполярных транзисторах, выполненные на основе архитектуры «перегнутого каскода» [1-25]. Их основные достоинства - эффективное использование напряжения питания, а также расширенный частотный диапазон.In modern electronic equipment, two-stage operational amplifiers (op amps) using field-effect and bipolar transistors based on the architecture of the “bent cascode” [1-25] are used. Their main advantages are the efficient use of supply voltage, as well as an extended frequency range.

Для работы в условиях космического пространства, в экспериментальной физике необходимы радиационно стойкие ОУ с повышенным коэффициентом усиления по напряжению (90-100 дБ) и малым напряжением смещения нуля (Uсм). Мировой опыт проектирования устройств данного класса показывает, что решение этих задач возможно с использованием биполярно-полевого технологического процесса [22-25], обеспечивающего формирование р-канальных полевых и высококачественных n-р-n биполярных транзисторов с радиационной стойкостью до 1 Мрад и потоком нейтронов до 1013 н/см2. Однако для таких ОУ необходима специальная схемотехника, учитывающая ограничения биполярно-полевой технологии [25].To work in outer space, experimental physics requires radiation-resistant op amps with a high voltage gain (90-100 dB) and a low zero bias voltage (U cm ). World experience in designing devices of this class shows that the solution to these problems is possible using a bipolar field process [22-25], which provides the formation of p-channel field and high-quality n-pn bipolar transistors with radiation resistance up to 1 Mrad and a neutron flux up to 10 13 n / cm 2 . However, for such an op-amp, a special circuitry is needed that takes into account the limitations of bipolar field technology [25].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является двухкаскадный операционный усилитель по патенту US 7.215.200, fig. 6. Он содержит (фиг. 1) входной дифференциальный каскад 1, общая эмиттерная цепь которого 2 связана с первой 3 шиной источника питания через источник опорного тока 4, первый 5 и второй 6 токовые выходы входного дифференциального каскада 1, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 9, а эмиттеры через соответствующие первый 10 и второй 11 токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй 12 шиной источника питания, токовое зеркало 13, согласованное с первой 3 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого 7 выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго 8 выходного транзистора и токовым выходом устройства 14.The closest prototype of the claimed device is a two-stage operational amplifier according to the patent US 7.215.200, fig. 6. It contains (Fig. 1) an input differential stage 1, the common emitter circuit of which 2 is connected to the first 3 bus of the power source through the reference current source 4, the first 5 and second 6 current outputs of the input differential stage 1, the first 7 and second 8 output transistors, the bases of which are connected to a bias voltage source of 9, and emitters are connected through the first 10 and second 11 to the current-stabilizing two-terminal circuits with the second 12 bus of the power source, a current mirror 13, matched with the first 3 bus of the power source, the input of which connected to the collector of the first 7 output transistor, and the output is connected to the collector of the second 8 output transistor and the current output of the device 14.

Существенный недостаток известного двухкаскадного ОУ состоит в том, что его общий коэффициент усиления по напряжению (Ку) получается небольшим. Это связано с тем, что в известной схеме усиление по напряжению обеспечивается только выходным каскодом на первом 7 и втором 8 выходных транзисторах. Кроме этого, в диапазоне рабочих, прежде всего низких температур, а также при воздействии потока нейтронов он имеет повышенные значения напряжения смещения нуля (Uсм) (единицы-десятки милливольт). Это связано с повышением влияния на Uсм погрешностей токового зеркала 13 и входного статического тока буферного усилителя 27, подключаемого к выходу 14. В конечном итоге это снижает прецизионность известного ОУ.A significant drawback of the known two-stage op-amp is that its total voltage gain (K y ) is small. This is due to the fact that in the known circuit, the voltage gain is provided only by the output cascode on the first 7 and second 8 output transistors. In addition, in the range of working, primarily low temperatures, and also when exposed to a neutron flux, it has increased values of zero bias voltage (U cm ) (several tens of millivolts). This is due to the increased influence on U cm of the errors of the current mirror 13 and the input static current of the buffer amplifier 27 connected to the output 14. Ultimately, this reduces the precision of the known op-amp.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента усиления дифференциального сигнала в разомкнутом состоянии двухкаскадного ОУ до уровня 90÷100 дБ.The main objective of the invention is to increase the gain of the differential signal in the open state of a two-stage op-amp to the level of 90 ÷ 100 dB.

Дополнительная задача - уменьшение напряжения смещения нуля.An additional task is to reduce the bias voltage of zero.

Поставленные задачи достигаются тем, что в двухкаскадном дифференциальном операционном усилителе, содержащем входной дифференциальный каскад 1, общая эмиттерная цепь которого 2 связана с первой 3 шиной источника питания через источник опорного тока 4, первый 5 и второй 6 токовые выходы входного дифференциального каскада 1, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 9, а эмиттеры через соответствующие первый 10 и второй 11 токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй 12 шиной источника питания, токовое зеркало 13, согласованное с первой 3 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого 7 выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго 8 выходного транзистора и токовым выходом устройства 14, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены в качестве источника опорного тока 4 управляемый по входу 15 источник опорного тока, причем управляющий вход 15 источника опорного тока 4 соединен с коллекторами первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов, база первого 16 дополнительного транзистора соединена с первым 5 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и через первый 18 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 12 шиной источника питания, эмиттер первого 16 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру второго 8 выходного транзистора, база второго 17 дополнительного транзистора соединена со вторым 6 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и через второй 19 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 12 шиной источника питания.The objectives are achieved in that in a two-stage differential operational amplifier containing an input differential stage 1, the common emitter circuit of which 2 is connected to the first 3 bus of the power source through the reference current source 4, the first 5 and second 6 current outputs of the input differential stage 1, the first 7 and second 8 output transistors, the bases of which are connected to a bias voltage source of 9, and emitters are connected through the corresponding first 10 and second 11 current-stabilizing two-terminal devices to the second 12 bus of the source power supply, current mirror 13, coordinated with the first 3 bus of the power source, the input of which is connected to the collector of the first 7 output transistor, and the output is connected to the collector of the second 8 output transistor and the current output of device 14, new elements and communications are provided - the circuit is introduced into as the reference current source 4, the reference current source controlled by the input 15, the control input 15 of the reference current source 4 being connected to the collectors of the first 16 and second 17 additional transistors, the base of the first 16 additional trans the source is connected to the first 5 current output of the input differential stage 1 and through the first 18 an additional current-stabilizing two-terminal is connected to the second 12 bus of the power source, the emitter of the first 16 additional transistor is connected to the emitter of the second 8 output transistor, the base of the second 17 additional transistor is connected to the second 6 current output input differential cascade 1 and through the second 19 additional current-stabilizing two-pole connected to the second 12 bus power source.

На фиг. 1 показана схема ОУ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 - схема заявляемого устройства в соответствии с п. 1 формулы изобретения.In FIG. 1 shows a diagram of an op-amp prototype, and in the drawing of FIG. 2 is a diagram of the inventive device in accordance with paragraph 1 of the claims.

На фиг. 3, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, представлен частный вариант выполнения управляемого по входу 15 источника опорного тока 4.In FIG. 3, in accordance with paragraph 2 of the claims, a particular embodiment of a reference current source 4 controlled by input 15 is provided.

На фиг. 4 представлена схема заявляемого ОУ, в соответствии с п. 2 формулы изобретения.In FIG. 4 presents a diagram of the claimed OS, in accordance with paragraph 2 of the claims.

На фиг. 5 приведена схема ОУ фиг. 4 в среде компьютерного моделирования PSpice на радиационно-зависимых моделях интегральных транзисторов АБМК_1_3 НПО «Интеграл» (г. Минск).In FIG. 5 is a diagram of the opamp of FIG. 4 in the environment of computer simulation PSpice on radiation-dependent models of integrated transistors ABMK_1_3 NPO Integral (Minsk).

На фиг. 6 показана частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению ОУ фиг. 5 без отрицательной обратной связи (верхний график) и с отрицательной обратной связью (нижний график).In FIG. 6 shows the frequency dependence of the voltage gain of the op-amp of FIG. 5 without negative feedback (upper graph) and with negative feedback (lower graph).

На фиг. 7 приведена зависимость напряжения смещения нуля (Uсм) схемы ОУ фиг. 5 от температуры в диапазоне минус 60÷ +80°С (а) и потока нейтронов (б) для случая, когда транзисторы схемы не имеют разброса параметров, а токовое зеркало 13 и буферный усилитель 27 (Gain=1) идеальны. Это позволяет оценить предельные возможности структуры заявляемого ОУ по величине Uсм.In FIG. 7 shows the dependence of the zero bias voltage (U cm ) of the op-amp circuit of FIG. 5 on temperature in the range of minus 60 ÷ + 80 ° С (a) and neutron flux (b) for the case when the transistors of the circuit do not have a spread of parameters, and the current mirror 13 and buffer amplifier 27 (Gain = 1) are ideal. This allows you to assess the ultimate capabilities of the structure of the claimed op-amp in terms of U see

Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель (фиг. 2) содержит входной дифференциальный каскад 1, общая эмиттерная цепь которого 2 связана с первой 3 шиной источника питания через источник опорного тока 4, первый 5 и второй 6 токовые выходы входного дифференциального каскада 1, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 9, а эмиттеры через соответствующие первый 10 и второй 11 токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй 12 шиной источника питания, токовое зеркало 13, согласованное с первой 3 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого 7 выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго 8 выходного транзистора и токовым выходом устройства 14. В схему введены в качестве источника опорного тока 4 управляемый по входу 15 источник опорного тока, причем управляющий вход 15 источника опорного тока 4 соединен с коллекторами первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов, база первого 16 дополнительного транзистора соединена с первым 5 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и через первый 18 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 12 шиной источника питания, эмиттер первого 16 дополнительного транзистора подключен к эмиттеру второго 8 выходного транзистора, база второго 17 дополнительного транзистора соединена со вторым 6 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 и через второй 19 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник связана со второй 12 шиной источника питания.The precision two-stage differential operational amplifier (Fig. 2) contains an input differential stage 1, the common emitter circuit of which 2 is connected to the first 3 bus of the power source through the reference current source 4, the first 5 and second 6 current outputs of the input differential stage 1, the first 7 and second 8 output transistors, the bases of which are connected to a bias voltage source of 9, and emitters are connected to the second 12 bus of the power supply via the first 10 and second 11 current-stabilizing two-terminal circuits, the current mirror Lo 13, matched with the first 3 bus of the power source, the input of which is connected to the collector of the first 7 output transistor, and the output is connected to the collector of the second 8 output transistor and the current output of device 14. The source 4 controlled by input 15 is introduced into the circuit as a reference current source reference current, and the control input 15 of the reference current source 4 is connected to the collectors of the first 16 and second 17 additional transistors, the base of the first 16 additional transistor is connected to the first 5 current output of the input differential 1 cascade and through the first 18 additional current-stabilizing two-pole connected to the second 12 bus of the power source, the emitter of the first 16 additional transistor is connected to the emitter of the second 8 output transistor, the base of the second 17 additional transistor is connected to the second 6 current output of the input differential stage 1 and through the second 19 additional current-stabilizing two-terminal connected to the second 12 bus power source.

В схеме фиг. 2 входной дифференциальный каскад 1 выполнен на входных полевых транзисторах 20 и 21, объединенные истоки которых связаны с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1, затворы транзисторов 20 и 21 соединены с соответствующими входами 22 и 23 ОУ. Здесь источник напряжения смещения 9 имеет (относительно второй 12 шины источника питания) напряжение U9≈2Uэб=1,5 В.In the circuit of FIG. 2 input differential stage 1 is made on input field-effect transistors 20 and 21, the combined sources of which are connected to a common emitter circuit 2 of the input differential stage 1, the gates of transistors 20 and 21 are connected to the corresponding inputs 22 and 23 of the op-amp. Here, the bias voltage source 9 has (relative to the second 12 bus power supply) voltage U 9 ≈2U eB = 1.5 V.

На фиг. 3 управляемый по входу 15 источник опорного тока 4, содержит вспомогательный полевой транзистор с управляющим р-n переходом 24 и вспомогательный резистор местной отрицательной обратной связи 25. Сток вспомогательного полевого транзистора с управляющим р-n переходом 24 соединен с общей эмиттерной цепью 2 входного дифференциального каскада 1.In FIG. 3, the reference current source 4 controlled by input 15 contains an auxiliary field-effect transistor with a control pn junction 24 and an auxiliary local negative feedback resistor 25. The drain of the auxiliary field-effect transistor with a control pn junction 24 is connected to a common emitter circuit 2 of the input differential stage one.

В схеме фиг. 4, соответствующей п. 2 формулы изобретения, предусмотрена цепь смещения потенциалов 26, которая позволяет уменьшить влияние напряжения Эрли первого 7 и второго 8 выходных транзисторов на напряжение смещение нуля ОУ. Для уменьшения выходного сопротивления ОУ может быть предусмотрен буферный усилитель 27, который по потенциальному выходу 28 имеет низкое выходной сопротивление.In the circuit of FIG. 4, corresponding to claim 2 of the claims, a bias circuit of potentials 26 is provided, which makes it possible to reduce the influence of the Earley voltage of the first 7 and second 8 output transistors on the voltage of the zero-offset opamp. To reduce the output resistance of the op-amp, a buffer amplifier 27 can be provided, which has a low output resistance at the potential output 28.

Рассмотрим работу ОУ фиг. 4.Consider the operation of the opamp of FIG. four.

Статический режим транзисторов схемы фиг. 4 по току устанавливается первым 18, вторым 19 дополнительными токостабилизирующими двухполюсниками и первым 10 и вторым 11 токостабилизирующими двухполюсниками, которые реализуются на n-р-n транзисторах. Это способствует повышению радиационной стойкости ОУ при его изготовлении в рамках технологического процесса АБМК_1_3 [26]. При этом токи стоков (Ici) и токи коллекторов (Iкi) транзисторов схемы при 100% отрицательной обратной связи в ОУ определяются уравнениями Кирхгофа:The static mode of the transistors of the circuit of FIG. 4, the current is set by the first 18, second 19 additional current-stabilizing two-pole and the first 10 and second 11 current-stabilizing two-pole, which are implemented on n-pn transistors. This helps to increase the radiation resistance of the OS during its manufacture as part of the ABMK_1_3 technological process [26]. In this case, the drain currents (I ci ) and collector currents (I ki ) of the transistors of the circuit at 100% negative feedback in the op-amp are determined by the Kirchhoff equations:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где I10, I11, I18, I19, - токи первого 10, второго 11 токостабилизирующих двухполюсников, первого 18 и второго 19 дополнительных токостабилизирующих двухполюсников;where I 10 , I 11 , I 18 , I 19 , are the currents of the first 10, second 11 current-stabilizing two-terminal networks, the first 18 and second 19 additional current-stabilizing two-terminal networks;

I2=4I0 - выходной ток источника опорного тока 4;I 2 = 4I 0 - output current of the reference current source 4;

I0 - некоторый заданный квант тока, например I0=2 мА, выбираемый при проектировании ОУ.I 0 is a certain given quantum of current, for example, I 0 = 2 mA, which is chosen during the design of an op-amp.

Для дифференциального сигнала переменные составляющие коллекторных токов первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов компенсируют друг друга в цепи управляющего входа 15 и не влияют на работу схемы ОУ. Поэтому коэффициент усиления по напряжению Ку разомкнутой схемы ОУ фиг. 4 определяется выражением:For a differential signal, the alternating components of the collector currents of the first 16 and second 17 additional transistors compensate each other in the control input circuit 15 and do not affect the operation of the op-amp circuit. Therefore, the voltage gain Ku of the open circuit of the op-amp of FIG. 4 is determined by the expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

где uвых.u - приращение напряжения на потенциальном выходе 28, вызванное изменением входного напряжения ОУ (uвх.) между входами 22 и 23;where u o.u - voltage increment at potential output 28, caused by a change in the input voltage of the op-amp (u in. ) between inputs 22 and 23;

Figure 00000006
- коэффициент преобразования входного напряжения ОУ (uвх) в напряжение между токовыми выходами 5 и 6 (u5-6);
Figure 00000006
- the coefficient of conversion of the input voltage of the OS (u I ) to the voltage between current outputs 5 and 6 (u 5-6 );

Figure 00000007
- коэффициент передачи напряжения между токовыми выходами 5 и 6 (u5-6) в цепь токового выхода 14 (u14);
Figure 00000007
- voltage transfer coefficient between current outputs 5 and 6 (u 5-6 ) to the circuit of current output 14 (u 14 );

Figure 00000008
- коэффициент передачи по напряжению буферного усилителя 27.
Figure 00000008
is the voltage transfer coefficient of the buffer amplifier 27.

Причем коэффициент усиленияMoreover, the gain

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

где Rэкв.15-16 - эквивалентное дифференциальное сопротивление между базами первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов;where R equiv. 15-16 is the equivalent differential resistance between the bases of the first 16 and second 17 additional transistors;

Rэкв.14 - эквивалентное сопротивление выходного узла 14;R equiv. 14 is the equivalent resistance of the output node 14;

Figure 00000011
- эквивалентная крутизна входного дифференциального каскада на основе входных полевых транзисторов 20 и 21;
Figure 00000011
- equivalent slope of the input differential stage based on input field effect transistors 20 and 21;

S20, S21 - крутизны стоко-затворной характеристики соответствующих входных полевых транзисторов 20 и 21;S 20 , S 21 - steepness of the gate-gate characteristic of the corresponding input field-effect transistors 20 and 21;

rэij - сопротивление эмиттерного перехода ij-го транзистора (rэijт/Iэij);r eij is the resistance of the emitter junction of the ij-th transistor (r eij = ϕ t / I eij );

ϕт=25 мВ - температурный потенциал;ϕ t = 25 mV - temperature potential;

Iэij - статический ток эмиттера ij-го транзистора;I eij is the static current of the emitter of the ij-th transistor;

Ki≈1 - модуль коэффициента усиления по току токового зеркала 13;K i ≈1 is the current gain module of the current mirror 13;

S2 - крутизна преобразования напряжения между первым 5 и вторым 6 токовыми выходами в выходной ток узла 14.S 2 - the slope of the voltage conversion between the first 5 and second 6 current outputs into the output current of node 14.

Численное значение эквивалентного сопротивления Rэкв.15-16 определяется формулой:The numerical value of the equivalent resistance R equiv. 15-16 is determined by the formula:

Figure 00000012
Figure 00000012

где β=β1617 - коэффициент усиления по току базы первого 16 и второго 17 дополнительных транзисторов;where β = β 16 = β 17 is the current gain of the base of the first 16 and second 17 additional transistors;

Figure 00000013
- сопротивление эмиттерных переходов соответствующих транзисторов.
Figure 00000013
- the resistance of the emitter junctions of the respective transistors.

Как следствие, за счет создания в схеме фиг. 4 трех высокоимпедансных узлов 5, 6 и 14 коэффициент усиления по напряжению разомкнутого ОУ фиг. 4 получается достаточно большим (≈90÷100 дБ):As a result, due to the creation in FIG. 4 of the three high-impedance nodes 5, 6 and 14, the voltage gain of the open op amp, FIG. 4 turns out to be quite large (≈90 ÷ 100 dB):

Figure 00000014
Figure 00000014

В ОУ-прототипе этот параметр на порядок меньше, так как здесь входной дифференциальный каскад 1 не создает усиления по напряжению.In the op-amp prototype, this parameter is an order of magnitude smaller, since here the input differential stage 1 does not create voltage gain.

За счет высокой симметрии схемы напряжение смещения нуля заявляемого ОУ, в отличие от ОУ-прототипа, достаточно мало (фиг. 7). Это связано с уменьшением влияния на Uсм погрешностей токового зеркала 13, которое имеет высокую нестабильность статического режима при внешних воздействиях из-за применения р-n-р транзисторов АБМК_1_3 [25].Due to the high symmetry of the circuit, the zero bias voltage of the claimed op-amp, in contrast to the op-amp prototype, is quite small (Fig. 7). This is due to a decrease in the influence on the current cm errors of the current mirror 13, which has a high instability of the static mode under external influences due to the use of ABMK_1_3 pnp transistors [25].

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с ОУ-прототипом.Thus, the claimed device has significant advantages compared to the op-amp prototype.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент США №5.422.600, fig. 2.1. US Patent No. 5,422,600, fig. 2.

2. Патент США №4.406.990, fig. 3, fig. 4э2. US Patent No. 4,406.990, fig. 3, fig. 4e

3. Патент США №5.952.882.3. US patent No. 5.952.882.

4. Патент США №4.293.824.4. US Patent No. 4,293.824.

5. Патент США №5.323.121.5. US patent No. 5.323.121.

6. Патент США №5.420.540 fig. 1.6. US Patent No. 5,420,540 fig. one.

7. Патент США №6.825.721 fig 1В.7. US patent No. 6.825.721 fig 1B.

8. Патент США №6.542.030 fig. 1.8. US Patent No. 6,542,030 fig. one.

9. Патент US 6.456.162, fig. 2.9. US Pat. No. 6,456,162, fig. 2.

10. Патент US 6.501.333.10. Patent US 6.501.333.

11. Патент US 6.717.466.11. Patent US 6.717.466.

12. Патентная заявка US №2002/0196079, fig 1.12. Patent application US No. 2002/0196079, fig 1.

13. Патент US №4.600.893, fig. 7.13. US patent No. 4,600.893, fig. 7.

14. Патент US №4.004.245.14. US patent No. 4.004.245.

15. Патент US №7.411.451, fig. 5.15. US patent No. 7.411.451, fig. 5.

16. Патент US №6.788.143, fig. 1.16. US patent No. 6.788.143, fig. one.

17. Патент US 4.387.309.17. Patent US 4.387.309.

18. Патент US 4.390.850.18. US patent 4.390.850.

19. Патент US 5.963.085.19. Patent US 5.963.085.

20. Патент US 4.783.637, fig. 2.20. Patent US 4.783.637, fig. 2.

21. Патент GB 2.035.003, fig. 2.21. Patent GB 2.035.003, fig. 2.

22. Элементная база радиационно-стойких информационно-измерительных систем: монография / Н.Н. Прокопенко, О.В. Дворников, С.Г. Крутчинский; под общ. ред. д.т.н. проф. Н.Н. Прокопенко; ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т. экономики и сервиса». - Шахты; ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - 208 с.22. The element base of radiation-resistant information-measuring systems: monograph / N.N. Prokopenko, O.V. Dvornikov, S.G. Krutchinsky; under the general. ed. Doctor of Technical Sciences prof. N.N. Prokopenko; FSBEI HPE “South-Ros. state un-t economics and service. " - Mines; FSBEI HPE JURGUES, 2011. - 208 p.

23. Проблемы проектирования аналоговых устройств с входными полевыми транзисторами. Часть 1 / О. Дворников // Компоненты и технологии, №6, 2005, http://kit-e.ru/articles/device/2005_6_218.php23. Problems of designing analog devices with input field effect transistors. Part 1 / O. Dvornikov // Components and Technologies, No. 6, 2005, http://kit-e.ru/articles/device/2005_6_218.php

24. Проблемы проектирования аналоговых устройств с входными полевыми транзисторами. Часть 2 / О. Дворников // Компоненты и технологии, №7, 2005, http://kit-e.ru/articles/device/2005_7_216.php24. Problems of designing analog devices with input field effect transistors. Part 2 / O. Dvornikov // Components and Technologies, No. 7, 2005, http://kit-e.ru/articles/device/2005_7 _ 216.php

25. Проблемы проектирования аналоговых устройств с входными полевыми транзисторами. Часть 3 / О. Дворников // Компоненты и технологии, №8, 2005, http://kit-e.ru/articles/device/2005_8_184.php25. Problems of designing analog devices with input field effect transistors. Part 3 / O. Dvornikov // Components and Technologies, No. 8, 2005, http://kit-e.ru/articles/device/2005_8_184.php

Claims (2)

1. Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1), общая эмиттерная цепь которого (2) связана с первой (3) шиной источника питания через источник опорного тока (4), первый (5) и второй (6) токовые выходы входного дифференциального каскада (1), первый (7) и второй (8) выходные транзисторы, базы которых подключены к источнику напряжения смещения (9), а эмиттеры через соответствующие первый (10) и второй (11) токостабилизирующие двухполюсник связаны со второй (12) шиной источника питания, токовое зеркало (13), согласованное с первой (3) шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого (7) выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго (8) выходного транзистора и токовым выходом устройства (14), отличающийся тем, что в качестве источника опорного тока (4) применяется управляемый по входу (15) источник опорного тока, причем управляющий вход (15) источника опорного тока (4) соединен с коллекторами первого (16) и второго (17) дополнительных транзисторов, база первого (16) дополнительного транзистора соединена с первым (5) токовым выходом входного дифференциального каскада (1) и через первый (18) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник связана со второй (12) шиной источника питания, эмиттер первого (16) дополнительного транзистора подключен к эмиттеру второго (8) выходного транзистора, база второго (17) дополнительного транзистора соединена со вторым (6) токовым выходом входного дифференциального каскада (1) и через второй (19) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник связана со второй (12) шиной источника питания.1. A precision two-stage differential operational amplifier containing an input differential stage (1), the common emitter circuit of which (2) is connected to the first (3) bus of the power source through the reference current source (4), the first (5) and the second (6) current the outputs of the input differential stage (1), the first (7) and second (8) output transistors, the bases of which are connected to a bias voltage source (9), and the emitters are connected through the first (10) and second (11) current-stabilizing two-terminal to the second ( 12) power supply bus then a mirror (13), matched with the first (3) bus of the power source, the input of which is connected to the collector of the first (7) output transistor, and the output is connected to the collector of the second (8) output transistor and the current output of the device (14), characterized in that a reference current source controlled by input (15) is used as the reference current source (4), and the control input (15) of the reference current source (4) is connected to the collectors of the first (16) and second (17) additional transistors, the base of the first ( 16) an additional transistor is connected to ne by the first (5) current output of the input differential stage (1) and through the first (18) additional current-stabilizing two-terminal device is connected to the second (12) bus of the power supply, the emitter of the first (16) additional transistor is connected to the emitter of the second (8) output transistor, the base of the second (17) an additional transistor is connected to the second (6) current output of the input differential stage (1) and through the second (19) additional current-stabilizing two-terminal device is connected to the second (12) bus of the power source. 2. Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель по п. 1, отличающийся тем, что источник опорного тока (4), управляемый по входу (15), содержит вспомогательный полевой транзистор с управляющим р-n переходом (24), затвор которого соединен с первой (3) шиной источника питания, исток связан с управляющим входом (15) источника опорного тока (4) и соединен с первой (3) шиной источника питания через вспомогательный резистор (25), причем сток вспомогательного полевого транзистора с управляющим р-n переходом (24) соединен с общей эмиттерной цепью (2) входного дифференциального каскада (1).2. The precision two-stage differential operational amplifier according to claim 1, characterized in that the reference current source (4), controlled by the input (15), contains an auxiliary field-effect transistor with a pn junction (24), the gate of which is connected to the first ( 3) by a power source bus, the source is connected to the control input (15) of the reference current source (4) and connected to the first (3) bus of the power source through an auxiliary resistor (25), and the drain of the auxiliary field-effect transistor with a control pn junction (24 ) connected to a common emitter epyu (2) of the input differential stage (1).
RU2015155156A 2015-12-22 2015-12-22 High-precision two-stage differential operational amplifier RU2615070C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155156A RU2615070C1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 High-precision two-stage differential operational amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155156A RU2615070C1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 High-precision two-stage differential operational amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2615070C1 true RU2615070C1 (en) 2017-04-03

Family

ID=58505519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015155156A RU2615070C1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 High-precision two-stage differential operational amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615070C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766864C1 (en) * 2021-09-08 2022-03-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Operational amplifier on complementary field-effect transistors
RU2771316C1 (en) * 2021-12-09 2022-04-29 Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" Gallium buffer amplifier
RU2780221C1 (en) * 2022-04-01 2022-09-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Operational amplifier with a low systematic zero-bias voltage component

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002502139A (en) * 1998-01-22 2002-01-22 マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ・インコーポレーテッド Improved operational amplifier gain
US20040008086A1 (en) * 2002-07-12 2004-01-15 Texas Instruments Incorporated Amplifier gain boost circuitry and method
US7215200B1 (en) * 2005-04-28 2007-05-08 Linear Technology Corporation High-linearity differential amplifier with flexible common-mode range
RU2384936C1 (en) * 2008-08-04 2010-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Controlled two-stage differential amplifier with inphase negative feedback
RU2416151C1 (en) * 2009-09-03 2011-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential operating amplifier
RU2433523C1 (en) * 2010-05-17 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Precision differential operational amplifier

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002502139A (en) * 1998-01-22 2002-01-22 マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ・インコーポレーテッド Improved operational amplifier gain
US20040008086A1 (en) * 2002-07-12 2004-01-15 Texas Instruments Incorporated Amplifier gain boost circuitry and method
US7215200B1 (en) * 2005-04-28 2007-05-08 Linear Technology Corporation High-linearity differential amplifier with flexible common-mode range
RU2384936C1 (en) * 2008-08-04 2010-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Controlled two-stage differential amplifier with inphase negative feedback
RU2416151C1 (en) * 2009-09-03 2011-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential operating amplifier
RU2433523C1 (en) * 2010-05-17 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Precision differential operational amplifier

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766864C1 (en) * 2021-09-08 2022-03-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Operational amplifier on complementary field-effect transistors
RU2771316C1 (en) * 2021-12-09 2022-04-29 Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" Gallium buffer amplifier
RU2780221C1 (en) * 2022-04-01 2022-09-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Operational amplifier with a low systematic zero-bias voltage component

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2523124C1 (en) Multi-differential operational amplifier
RU2615070C1 (en) High-precision two-stage differential operational amplifier
RU2571578C1 (en) Input stage of multidifferential operational amplifier for radiation-resistant bipolar-field process
RU2615066C1 (en) Operational amplifier
RU2615068C1 (en) Bipolar-field differential operational amplifier
RU2568384C1 (en) Precision operational amplifier based on radiation resistant bipolar and field process
RU2595927C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2640744C1 (en) Cascode differential operational amplifier
RU2583760C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2595926C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2589323C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2439780C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2604684C1 (en) Bipolar-field operational amplifier based on "bent" cascade
RU2571579C1 (en) Precision operational amplifier for radiation-proof bipolar field technological process
RU2642337C1 (en) Bipolar-field operating amplifier
RU2568318C1 (en) Multidifferential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2592429C1 (en) Bipolar-field operational amplifier on basis of "bent" cascode
RU2616573C1 (en) Differential operation amplifier
RU2572380C1 (en) Balanced active load of differential amplifiers for bipolar field radiation-resistant processes
RU2613842C1 (en) Differential operating amplifier with low power supply voltage
RU2595923C1 (en) High-speed operational amplifier based on "bent" cascode
RU2627094C1 (en) Low-temperature radiation-resistant multidifferential operating amplifier
RU2592455C1 (en) Bipolar-field operational amplifier on basis of "bent" cascode
RU2474954C1 (en) Current mirror
RU2402150C1 (en) Current mirror with load circuit in form of cascade at transistor with common emitter

Legal Events

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

Effective date: 20171223