RU2641445C1 - Широкополосный дифференциальный операционный усилитель - Google Patents
Широкополосный дифференциальный операционный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641445C1 RU2641445C1 RU2016148790A RU2016148790A RU2641445C1 RU 2641445 C1 RU2641445 C1 RU 2641445C1 RU 2016148790 A RU2016148790 A RU 2016148790A RU 2016148790 A RU2016148790 A RU 2016148790A RU 2641445 C1 RU2641445 C1 RU 2641445C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- emitter
- transistor
- current
- auxiliary
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат заключается в повышении верхней граничной частоты коэффициента усиления по напряжению без увеличения тока потребления. Усилитель содержит: первый входной дифференциальный каскад с первым и вторым токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого связана с первой шиной источника питания, первый вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым токовым выходом входного дифференциального каскада, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения, а коллектор соединен с эмиттером первого выходного транзистора и через первый токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй шиной источника питания, второй вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен со вторым токовым выходом входного дифференциального каскада, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения, а коллектор соединен с эмиттером второго выходного транзистора и через второй токостабилизирующий двухполюсник подключен ко второй шине источника питания, цепь нагрузки, первый выход устройства, связанный с первым входом цепи нагрузки и коллектором первого выходного транзистора, второй выход устройства, связанный со вторым входом цепи нагрузки и коллектором второго выходного транзистора, а база первого выходного транзистора соединена с эмиттером первого вспомогательного транзистора, база второго выходного транзистора подключена к эмиттеру второго вспомогательного транзистора. 7 ил.
Description
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления ВЧ- и СВЧ-сигналов.
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение каскадные операционные усилители (ОУ) с классической, а также с так называемой «перегнутой» архитектурой [1-19]. Их основное достоинство - широкий частотный диапазон, который, однако, ограничивается паразитными емкостями применяемых транзисторов, образующих с выходными сопротивлениями высокоимпедансных узлов достаточно низкочастотную постоянную времени.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является операционный усилитель по заявке на патент US 2007/0069815. Он содержит (фиг. 1) первый 1 входной дифференциальный каскад с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого связана с первой 4 шиной источника питания, первый 5 вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения 6, а коллектор соединен с эмиттером первого 7 выходного транзистора и через первый 8 токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй 9 шиной источника питания, второй 10 вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения 6, а коллектор соединен с эмиттером второго 11 выходного транзистора и через второй 12 токостабилизирующий двухполюсник подключен ко второй 9 шине источника питания, цепь нагрузки 13, согласованную с первой 4 шиной источника питания, первый 14 выход устройства, связанный с первым входом цепи нагрузки 13 и коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 15 выход устройства, связанный со вторым входом цепи нагрузки 13 и коллектором второго 11 выходного транзистора.
Существенный недостаток известного ОУ состоит в том, что его верхняя граничная частота коэффициента усиления по напряжению существенно зависит от емкостей коллектор-база (затвор-исток) выходных транзисторов, которые образуют вместе с эквивалентным выходным сопротивлением цепи нагрузки достаточно «низкочастотную» постоянную времени (τв=1/2πfв).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении частотного диапазона ОУ - повышении его верхней граничной частоты коэффициента усиления по напряжению fв без увеличения тока, потребляемого схемой в статическом режиме.
Поставленная задача достигается тем, что в операционном усилителе (фиг. 1), содержащем первый 1 входной дифференциальный каскад с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого связана с первой 4 шиной источника питания, первый 5 вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения 6, а коллектор соединен с эмиттером первого 7 выходного транзистора и через первый 8 токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй 9 шиной источника питания, второй 10 вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения 6, а коллектор соединен с эмиттером второго 11 выходного транзистора и через второй 12 токостабилизирующий двухполюсник подключен ко второй 9 шине источника питания, цепь нагрузки 13, согласованную с первой 4 шиной источника питания, первый 14 выход устройства, связанный с первым входом цепи нагрузки 13 и коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 15 выход устройства, связанный со вторым входом цепи нагрузки 13 и коллектором второго 11 выходного транзистора, предусмотрены новые элементы и связи - база первого 7 выходного транзистора соединена с эмиттером первого 5 вспомогательного транзистора, а база второго 11 выходного транзистора – с эмиттером второго 10 вспомогательного транзистора.
На фиг. 1 показана схема ОУ-прототипа, а на фиг. 2 - схема заявляемого устройства при его реализации на биполярных транзисторах в соответствии с формулой изобретения.
На фиг. 3 приведена схема заявляемого устройства (фиг. 2) для случая, когда в качестве транзисторов используются КМОП полевые транзисторы.
На фиг. 4 представлена схема заявляемого устройства (фиг. 2) в среде компьютерного моделирования PSpice на радиационно-зависимых моделях интегральных транзисторов АБМК_1_3 НПО «Интеграл» (г. Минск).
На фиг. 5 приведена схема ОУ-прототипа (фиг. 1) в среде компьютерного моделирования PSpice на радиационно-зависимых моделях интегральных транзисторов АБМК13 НПО «Интеграл» (г. Минск).
На фиг. 6 представлены амплитудно-частотные характеристики сравниваемых ОУ на биполярных транзисторах (фиг. 4, фиг. 5).
На фиг. 7 показаны результаты моделирования амплитудно-частотных характеристик ОУ-прототипа и ОУ (фиг. 3) при их реализации на полевых КМОП транзисторах.
Широкополосный дифференциальный операционный усилитель (фиг. 2) содержит первый 1 входной дифференциальный каскад с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого связана с первой 4 шиной источника питания, первый 5 вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения 6, а коллектор соединен с эмиттером первого 7 выходного транзистора и через первый 8 токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй 9 шиной источника питания, второй 10 вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения 6, а коллектор соединен с эмиттером второго 11 выходного транзистора и через второй 12 токостабилизирующий двухполюсник подключен ко второй 9 шине источника питания, цепь нагрузки 13, согласованную с первой 4 шиной источника питания, первый 14 выход устройства, связанный с первым входом цепи нагрузки 13 и коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 15 выход устройства, связанный со вторым входом цепи нагрузки 13 и коллектором второго 11 выходного транзистора. База первого 7 выходного транзистора соединена с эмиттером первого 5 вспомогательного транзистора, а база второго 11 выходного транзистора подключена к эмиттеру второго 10 вспомогательного транзистора.
На фиг. 2 в качестве цепи нагрузки 13 используются (в частном случае) вспомогательные резисторы 16 и 17.
Рассмотрим работу схемы фиг. 2 на высоких частотах с учетом влияния на ее амплитудно-частотную характеристику емкостей коллектор-база Ск7, Ск11 первого 7 и второго 11 выходных транзисторов.
Комплекс выходного сопротивления для первого 14 выхода ОУ (фиг. 2), определяющего амплитудно-частотную характеристику ОУ, находится в соответствии с классическим уравнением
где 
- комплекс тока через конденсатор Ск7;
α5≈α7≈0,99 - коэффициенты передачи по току эмиттера первого 5 вспомогательного и первого 7 выходного транзисторов.
После преобразования уравнений (1) и (2) можно найти, что в общем случае для ОУ фиг. 1 и ОУ фиг. 2
где τв=R16Cк7 - постоянная времени выходной цепи ОУ-прототипа.
Из уравнения (3) следует, что в ОУ-прототипе фиг. 1 (при α5=α7=0) выходное сопротивление зависит от частоты в соответствии со следующей формулой
В заявляемом ОУ фиг. 2 выходное сопротивление 
характеризуется более высокочастотной постоянной времени 
где 
Как следствие, верхняя граничная частота 
коэффициента усиления по напряжению в предлагаемой схеме ОУ повышается в сравнении с ОУ-прототипом в Nf-раз
Данный вывод подтверждается результатами эксперимента (фиг. 6, фиг. 7).
Таким образом, заявляемый операционный усилитель имеет существенное преимущество в сравнении с ОУ-прототипом по верхней граничной частоте.
Источники информации
1. Патент США №5.091.701, фиг. 1.
2. Патент США №6.448.853, фиг. 6.
3. Патент США №6.529.076.
4. Патент США №5.327.100, фиг. 2.
5. Патентная заявка США 2002/0196079, фиг. 1.
6. Патент США №5.734.296, фиг. 3.
7. Патентная заявка США 2003/0090321, фиг. 8.
8. Патент США №6.710.654.
9. Патент США №6.483.382, фиг. 2.
10. Патентная заявка США 2006/0202762.
11. Патент США №5.140.280, фиг. 1.
12. Патент США №4.600.893, фиг. 7.
13. Патент США №6.788.143.
14. Патент США №6.734.720, фиг. 1.
15. Патентная заявка США 2008/0186091, фиг. 4.
16. Патентная заявка США 2007/0069815.
17. Патент США №6.304.143, фиг. 3.
18. Патент Англии GB 2035003.
19. Патент RU 2411642.
Claims (1)
- Широкополосный дифференциальный операционный усилитель, содержащий первый (1) входной дифференциальный каскад с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого связана с первой (4) шиной источника питания, первый (5) вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым (2) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения (6), а коллектор соединен с эмиттером первого (7) выходного транзистора и через первый (8) токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй (9) шиной источника питания, второй (10) вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен со вторым (3) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения (6), а коллектор соединен с эмиттером второго (11) выходного транзистора и через второй (12) токостабилизирующий двухполюсник подключен ко второй (9) шине источника питания, цепь нагрузки (13), согласованную с первой 4 шиной источника питания, первый (14) выход устройства, связанный с первым входом цепи нагрузки (13) и коллектором первого (7) выходного транзистора, второй (15) выход устройства, связанный со вторым входом цепи нагрузки (13) и коллектором второго (11) выходного транзистора, отличающийся тем, что база первого (7) выходного транзистора соединена с эмиттером первого (5) вспомогательного транзистора, а база второго (11) выходного транзистора подключена к эмиттеру второго (10) вспомогательного транзистора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148790A RU2641445C1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Широкополосный дифференциальный операционный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148790A RU2641445C1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Широкополосный дифференциальный операционный усилитель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2641445C1 true RU2641445C1 (ru) | 2018-01-17 |
Family
ID=68235499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148790A RU2641445C1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Широкополосный дифференциальный операционный усилитель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2641445C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6788143B1 (en) * | 2002-04-29 | 2004-09-07 | National Semiconductor Corporation | Cascode stage for an operational amplifier |
| US20070069815A1 (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-29 | Flying Mole Corporation | Operational amplifier |
| RU2419196C1 (ru) * | 2010-01-21 | 2011-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный дифференциальный усилитель |
| RU2479113C1 (ru) * | 2012-02-22 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
-
2016
- 2016-12-12 RU RU2016148790A patent/RU2641445C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6788143B1 (en) * | 2002-04-29 | 2004-09-07 | National Semiconductor Corporation | Cascode stage for an operational amplifier |
| US20070069815A1 (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-29 | Flying Mole Corporation | Operational amplifier |
| RU2419196C1 (ru) * | 2010-01-21 | 2011-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный дифференциальный усилитель |
| RU2479113C1 (ru) * | 2012-02-22 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2393627C1 (ru) | Широкополосный операционный усилитель с дифференциальным выходом | |
| RU2421879C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
| RU2428786C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
| RU2427071C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
| RU2641445C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2346388C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2626667C1 (ru) | Многоканальный быстродействующий операционный усилитель | |
| RU2568384C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель на основе радиационно стойкого биполярно-полевого технологического процесса | |
| RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2432667C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2621286C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах | |
| RU2421893C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2422981C1 (ru) | Дифференциальный усилитель переменного тока | |
| RU2642337C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| RU2568316C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с расширенным частотным диапазоном | |
| RU2459348C1 (ru) | Операционный усилитель с цепью коррекции коэффициента усиления | |
| RU2595926C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| Shukla et al. | Small-Signal Sziklai pair based Tuned Amplifiers with Low Power High Gain | |
| RU2571369C1 (ru) | Каскодный усилитель с расширенным частотным диапазоном | |
| RU2589323C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| RU2421881C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| RU2572388C1 (ru) | Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном | |
| RU2423778C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
| RU2455758C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2320078C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181213 |