RU2802049C1 - Fast differential amplifier - Google Patents

Fast differential amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2802049C1
RU2802049C1 RU2023104433A RU2023104433A RU2802049C1 RU 2802049 C1 RU2802049 C1 RU 2802049C1 RU 2023104433 A RU2023104433 A RU 2023104433A RU 2023104433 A RU2023104433 A RU 2023104433A RU 2802049 C1 RU2802049 C1 RU 2802049C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
additional
power supply
supply bus
bus
Prior art date
Application number
RU2023104433A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Владислав Евгеньевич Чумаков
Марсель Алексеевич Сергеенко
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
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)
Application granted granted Critical
Publication of RU2802049C1 publication Critical patent/RU2802049C1/en

Links

Abstract

FIELD: radio engineering
SUBSTANCE: differential amplifier is proposed, which contains an input stage (1) with current inputs and outputs, the first (7) current source connected between the input node (8) of the input stage (1) and the second (9) bus. The first (10) additional transistor is introduced into the circuit, the base of which is connected to the first (2) input of the input stage (1), the collector is matched with the second (9) bus, and the emitter is connected to the first (6) bus through the first (11) additional source current and is connected to the input node (8) of the input stage (1) through the first (12) additional capacitor, the second (3) input of the device is connected to the base of the second (13) additional transistor, and the collector of the second (13) additional transistor is matched with the second ( 9) bus, the emitter is connected to the first (6) bus through the second (14) additional current source and is connected to the input node (8) of the input stage (1) through the second (15) additional capacitor.
EFFECT: ensuring high levels of output pulse currents.
1 cl, 17 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре микросхем различного функционального назначения, например, в операционных усилителях (ОУ), компараторах, коммутаторах тока цифроаналоговых преобразователей и т.п.The invention relates to the field of radio engineering and can be used as a device for amplifying analog signals, in the structure of microcircuits for various functional purposes, for example, in operational amplifiers (op-amps), comparators, current switches of digital-to-analog converters, etc.

Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ) на биполярных [1-8] и полевых [9-15] транзисторах, которые стали основой многих аналоговых и цифровых микросхем. Применению данного функционального узла в конкретных устройствах радиотехники, автоматики и связи посвящено более 1000 патентов в разных странах мира, в т.ч. [1-15].Known schemes of classical differential amplifiers (DU) on bipolar [1-8] and field-effect [9-15] transistors, which became the basis of many analog and digital microcircuits. More than 1000 patents in different countries of the world are devoted to the use of this functional unit in specific devices of radio engineering, automation and communication, incl. [1-15].

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, представленный в структуре патента фирмы Texas Instruments US 6.529.076, 2003 г., который содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 входами, первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными с первой 6 шиной источника питания, первый 7 источник опорного тока, включенный между входным узлом 8 входного дифференциального каскада 1, по которому устанавливается статический режим его транзисторов, и второй 9 шиной источника питания.The closest prototype (Fig. 1) of the claimed device is a differential amplifier, presented in the structure of the Texas Instruments patent US 6.529.076, 2003, which contains an input differential stage 1 with the first 2 and second 3 inputs, the first 4 and second 5 current outputs , consistent with the first 6 power supply bus, the first 7 reference current source connected between the input node 8 of the input differential stage 1, which sets the static mode of its transistors, and the second 9 power supply bus.

Существенный недостаток известного ДУ фиг. 1 состоит в том, что при больших импульсных входных сигналах он имеет невысокое быстродействие по первому 4 и второму 5 токовым выходам. Это не позволяет выполнять на основе ДУ фиг. 1 различные быстродействующие аналоговые устройства, например, операционные усилители, компараторы, коммутаторы разрядных токов ЦАП и т.п.A significant drawback of the known control of Fig. 1 is that with large pulse input signals, it has a low speed on the first 4 and second 5 current outputs. This does not allow to perform based on the control of FIG. 1 Various high-speed analog devices such as op amps, comparators, DAC discharge current switches, etc.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых в ДУ фиг. 1 обеспечиваются большие уровни выходных импульсных токов. Это увеличивает скорость перезаряда паразитных емкостей в цепи первого 4 и второго 5 токовых выходов, связанных с двухполюсниками нагрузки Rн1, Rн2. В конечном итоге данный эффект оказывает положительное влияние на быстродействие ряда аналоговых устройств с заявляемым дифференциальным усилителем.The main objective of the proposed invention is to create conditions under which in the PS of Fig. 1 provides high levels of output pulse currents. This increases the rate of recharging parasitic capacitances in the circuit of the first 4 and second 5 current outputs associated with two-terminal loads R n1 , R n2 . Ultimately, this effect has a positive effect on the performance of a number of analog devices with the proposed differential amplifier.

Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе фиг. 1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 входами, первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными с первой 6 шиной источника питания, первый 7 источник опорного тока, включенный между входным узлом 8 входного дифференциального каскада 1, по которому устанавливается статический режим его транзисторов, и второй 9 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи – в схему введен первый 10 дополнительный транзистор, база которого соединена с первым 2 входом входного дифференциального каскада 1, коллектор согласован со второй 9 шиной источника питания, а эмиттер соединен с первой 6 шиной источника питания через первый 11 дополнительный источник опорного тока и связан с входным узлом 8 входного дифференциального каскада 1, по которому устанавливается статический режим его транзисторов, через первый 12 дополнительный корректирующий конденсатор, второй 3 вход устройства соединен с базой второго 13 дополнительного транзистора, причем коллектор второго 13 дополнительного транзистора согласован со второй 9 шиной источника питания, эмиттер подключен к первой 6 шине источника питания через второй 14 дополнительный источник опорного тока и связан с входным узлом 8 входного дифференциального каскада 1, по которому устанавливается статический режим его транзисторов, через второй 15 дополнительный корректирующий конденсатор.The problem is solved by the fact that in the differential amplifier of Fig. 1, containing an input differential stage 1 with the first 2 and second 3 inputs, the first 4 and second 5 current outputs, matched with the first 6 power supply bus, the first 7 reference current source connected between the input node 8 of the input differential stage 1, which sets the static mode of its transistors, and the second 9 power supply bus, new elements and connections are provided - the first 10 additional transistor is introduced into the circuit, the base of which is connected to the first 2 input of the input differential stage 1, the collector is matched with the second 9 power supply bus, and the emitter is connected with the first 6 power supply bus through the first 11 additional reference current source and is connected to the input node 8 of the input differential stage 1, through which the static mode of its transistors is set, through the first 12 additional correction capacitor, the second 3 input of the device is connected to the base of the second 13 additional transistor , and the collector of the second 13 additional transistor is matched with the second 9 power supply bus, the emitter is connected to the first 6 power supply bus through the second 14 additional reference current source and is connected to the input node 8 of the input differential stage 1, which sets the static mode of its transistors, through the second 15 is an additional correction capacitor.

На чертеже фиг. 1 представлена схема ДУ-прототипа.In the drawing of FIG. 1 shows a diagram of the remote control prototype.

На чертеже фиг. 2 показан быстродействующий дифференциальный усилитель в соответствии с п. 1 формулы изобретения.In the drawing of FIG. 2 shows a high-speed differential amplifier in accordance with claim 1 of the claims.

На чертеже фиг. 3 приведен первый пример применения быстродействующего дифференциального усилителя фиг. 2 в операционном усилителе на основе трех токовых зеркал 20, 21, 22.In the drawing of FIG. 3 shows a first application example of the fast differential amplifier of FIG. 2 in an operational amplifier based on three current mirrors 20, 21, 22.

На чертеже фиг. 4 представлен ОУ фиг. 3 с предлагаемым дифференциальным каскадом в среде LTspice при t= 27°C, I1= 200мкА, R1=1МОм, I2= I3= 100мкА.In the drawing of FIG. 4 shows the op amp of FIG. 3 with the proposed differential stage in the LTspice environment at t= 27°C, I1= 200µA, R1=1MΩ, I2= I3= 100µA.

На чертеже фиг. 5 приведена логарифмическая амплитудная характеристика ОУ (ЛАЧХ) фиг. 4.In the drawing of FIG. 5 shows the logarithmic amplitude characteristic of the OA (LAFC) of FIG. 4.

На чертеже фиг. 6 в мелком масштабе показаны переходные процессы в ОУ фиг. 4 в среде LTspice при t= 27°C, I1= 200мкА, R1=1МОм, I2= I3= 100мкА, Ск=5пФ, Vсс= -Vee=5 В и разных значениях емкостей первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов (С1=С2=0пФ;5пФ;10пФ;25пФ;50пФ).In the drawing of FIG. 6 shows on a small scale the transients in the op amp of FIG. 4 in LTspice environment at t= 27°C, I1= 200mkA, R1=1MΩ, I2= I3= 100mkA, Sk=5pF, Vcc= -Vee=5 V and different capacitance values of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (C1 \u003d C2 \u003d 0pF; 5pF; 10pF; 25pF; 50pF).

На чертеже фиг. 7 в крупном масштабе представлены переходные процессы в ОУ фиг. 4 (передний фронт) в среде LTspice при t= 27°C, I1= 200мкА, R1=1МОм, I2= I3= 100мкА, Vсс= -Vee=5 В и разных значениях емкостей первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов (С1= С2=0пФ; 5пФ; 10пФ; 25пФ; 50пФ; 100пФ; 200пФ; 300пФ).In the drawing of FIG. 7 is a large scale representation of the transients in the op amp of FIG. 4 (rising edge) in LTspice environment at t= 27°C, I1= 200mkA, R1=1MΩ, I2= I3= 100mkA, Vcc= -Vee=5 V and different capacitance values of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (С1 \u003d C2 \u003d 0pF; 5pF; 10pF; 25pF; 50pF; 100pF; 200pF; 300pF).

На чертеже фиг. 8 в крупном масштабе приведены переходные процессы в ОУ фиг. 4 (задний фронт) в среде LTspice при t= 27°C, I1= 200мкА, R1=1МОм, I2= I3= 100мкА, Vсс= -Vee=5 В и разных значениях емкостей первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов (С1= С2=0пФ; 5пФ; 10пФ; 25пФ; 50пФ; 100пФ; 200пФ; 300пФ).In the drawing of FIG. 8 shows on a large scale the transients in the op amp of FIG. 4 (trailing edge) in LTspice environment at t= 27°C, I1= 200mkA, R1=1MΩ, I2= I3= 100mkA, Vcc= -Vee=5 V and different capacitance values of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (C1 \u003d C2 \u003d 0pF; 5pF; 10pF; 25pF; 50pF; 100pF; 200pF; 300pF).

На чертеже фиг. 9 представлена таблица 1, в которой приведены численные значения максимальной скорости нарастания выходного напряжения ОУ фиг. 4 при R1=1Мом, амплитуде входного импульса 3В, Ск=5пФ и разных значениях емкостей первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов (С1=С2=0; 5пФ; 10пФ; 25пФ; 50пФ).In the drawing of FIG. 9 shows table 1, which shows the numerical values of the maximum slew rate of the output voltage of the op-amp of FIG. 4 at R1=1MΩ, input pulse amplitude 3V, Sk=5pF and different capacitance values of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (C1=C2=0; 5pF; 10pF; 25pF; 50pF).

На чертеже фиг. 10 показана вторая модификация ОУ с быстродействующим дифференциальным усилителем фиг. 2 в среде LTspice при t=27°C, Ск=5пФ, I1= 200мкА, Rн=10кОм, I2= I3= 100мкА, Vсс= -Vee=10 В, входном импульсном сигнале с амплитудой 3В, С1= С2=0пФ;5пФ;10пФ;25пФ;50пФ.In the drawing of FIG. 10 shows the second modification of the op-amp with a high-speed differential amplifier of FIG. 2 in LTspice environment at t=27°C, Sk=5pF, I1= 200mkA, Rl=10kOhm, I2= I3= 100mkA, Vcc= -Vee=10V, input pulse signal with amplitude 3V, C1= C2=0pF; 5pF; 10pF; 25pF; 50pF.

На чертеже фиг. 11 приведена логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) ОУ фиг. 10.In the drawing of FIG. 11 shows the logarithmic frequency response (LAFC) of the OA of FIG. 10.

На чертеже фиг. 12 представлены переходные процессы в ОУ фиг.10 (передний фронт) в среде LTspice при t= 27°C, Ск=5пФ, I1= 200мкА, Rн=10кОм, I2= I3= 100мкА, Vсс= -Vee=10 В и разных значениях емкости первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов (С1= С2=0пФ;5пФ;10пФ;25пФ).In the drawing of FIG. 12 shows the transients in the op-amp of Fig.10 (leading edge) in the LTspice environment at t= 27°C, Sk=5pF, I1= 200uA, Rn=10kOhm, I2= I3= 100uA, Vcc= -Vee=10 V and different capacitance values of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (C1= C2=0pF;5pF;10pF;25pF).

На чертеже фиг. 13 показаны переходные процессы в ОУ фиг. 10 (задний фронт) в среде LTspice при t= 27°C, Ск=5пФ, I1= 200мкА, Rн=10кОм, I2= I3= 100мкА, Vсс= -Vee=10В и разных значениях емкости первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов (С1= С2=0пФ;5пФ;10пФ;25пФ).In the drawing of FIG. 13 shows transients in the op-amp of FIG. 10 (trailing edge) in LTspice environment at t= 27°C, Sk=5pF, I1= 200uA, Rn=10kΩ, I2= I3= 100uA, Vcc= -Vee=10V and different capacitance values of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (C1 \u003d C2 \u003d 0pF; 5pF; 10pF; 25pF).

На чертеже фиг. 14 представлена таблица 2, в которой приведены численные значения максимальной скорости нарастания выходного напряжения ОУ фиг. 10 при сопротивлении нагрузки Rн=10кОм, амплитуде входного импульса 3В, Ск=5пФ и разных значениях емкостей первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов (С1=С2=5пФ;10пФ;25пФ).In the drawing of FIG. 14 shows table 2, which shows the numerical values of the maximum slew rate of the output voltage of the op-amp of FIG. 10 with load resistance Rn=10kΩ, input pulse amplitude 3V, Sk=5pF and different capacitance values of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (C1=C2=5pF;10pF;25pF).

На чертеже фиг. 15 представлен третий пример применения быстродействующего дифференциального усилителя фиг. 2 в арсенид-галлиевом ОУ. Здесь показан статический режим ОУ при I1÷I3 = 200мкА, V1 = 6.5В, C1÷C2 = 0пФ, Ck = 3пФ, vcc= +10 В, vee = -10 В.In the drawing of FIG. 15 shows a third application example of the fast differential amplifier of FIG. 2 in a gallium arsenide op amp. Here the op-amp static mode is shown at I1÷I3 = 200µA, V1 = 6.5V, C1÷C2 = 0pF, Ck = 3pF, vcc= +10V, vee = -10V.

На чертеже фиг. 16 показана логарифмические амплитудно-частотные характеристики разомкнутого и замкнутого ОУ фиг. 15.In the drawing of FIG. 16 shows the logarithmic frequency responses of the open and closed op-amp of FIG. 15.

На чертеже фиг. 17 приведены графики переднего фронта переходного процесса в ОУ фиг. 15 при входном импульсном сигнале с амплитудой 3 В и разных значениях емкостей первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов (C1÷C2 = 0пФ, 5пф, 10пФ).In the drawing of FIG. 17 shows graphs of the leading edge of the transient process in the op amp of FIG. 15 with an input pulse signal with an amplitude of 3 V and different values of the capacitances of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (C1÷C2 = 0pF, 5pF, 10pF).

Быстродействующий дифференциальный усилитель фиг. 2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 входами, первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными с первой 6 шиной источника питания, первый 7 источник опорного тока, включенный между входным узлом 8 входного дифференциального каскада 1, по которому устанавливается статический режим его транзисторов, и второй 9 шиной источника питания. В схему введен первый 10 дополнительный транзистор, база которого соединена с первым 2 входом входного дифференциального каскада 1, коллектор согласован со второй 9 шиной источника питания, а эмиттер соединен с первой 6 шиной источника питания через первый 11 дополнительный источник опорного тока и связан с входным узлом 8 входного дифференциального каскада 1, по которому устанавливается статический режим его транзисторов, через первый 12 дополнительный корректирующий конденсатор, второй 3 вход устройства соединен с базой второго 13 дополнительного транзистора, причем коллектор второго 13 дополнительного транзистора согласован со второй 9 шиной источника питания, эмиттер подключен к первой 6 шине источника питания через второй 14 дополнительный источник опорного тока и связан с входным узлом 8 входного дифференциального каскада 1, по которому устанавливается статический режим его транзисторов, через второй 15 дополнительный корректирующий конденсатор. Двухполюсники 16 и 17 моделируют свойства нагрузки дифференциального усилителя (Rн1, Rн2), например, второго каскада ОУ, и могут иметь резистивную и емкостную составляющие.The fast differential amplifier of FIG. 2 contains an input differential stage 1 with the first 2 and second 3 inputs, the first 4 and second 5 current outputs, matched with the first 6 power supply bus, the first 7 reference current source connected between the input node 8 of the input differential stage 1, which sets the static the mode of its transistors, and the second 9 bus power supply. The first 10 additional transistor is introduced into the circuit, the base of which is connected to the first 2 input of the input differential stage 1, the collector is matched with the second 9 power supply bus, and the emitter is connected to the first 6 power supply bus through the first 11 additional reference current source and connected to the input node 8 input differential stage 1, which establishes the static mode of its transistors, through the first 12 additional correction capacitor, the second 3 input of the device is connected to the base of the second 13 additional transistor, and the collector of the second 13 additional transistor is matched with the second 9 power supply bus, the emitter is connected to the first 6 power supply bus through the second 14 additional reference current source and is connected to the input node 8 of the input differential stage 1, through which the static mode of its transistors is established, through the second 15 additional corrective capacitor. Two-terminal networks 16 and 17 model the load properties of a differential amplifier (R n1 , R n2 ), for example, the second stage of the op-amp, and may have resistive and capacitive components.

В частном случае входной дифференциальный каскад 1 может быть реализован как на биполярных 18, 19 [1-8], так и на полевых [9-15] транзисторах.In a particular case, the input differential stage 1 can be implemented both on bipolar 18, 19 [1-8] and field-effect [9-15] transistors.

Рассмотрим работу ДУ фиг. 2, а также его влияние на характеристики операционных усилителей разных модификаций.Consider the operation of the control unit of Fig. 2, as well as its influence on the characteristics of operational amplifiers of various modifications.

В статическом режиме, например, при подключении первого 2 и второго 3 входов ДУ фиг. 2 к общей шине источников питания, статические токи первого 4 и второго 5 токовых выходов равны половине статического тока первого 7 источника опорного тока. За счет рационального выбора токов первого 11 и второго 14 дополнительных источников опорного тока в схеме фиг. 2 можно обеспечить малые значения входного тока по входу 2 и по входу 3. Если на первый 2 вход подается большой импульсный сигнал uвх, то это приводит практически к мгновенному запиранию входного дифференциального каскада по второму 5 токовому выходу и появлению большого импульсного тока через второй 15 дополнительный корректирующий конденсатор, который передается в эмиттер второго 13 дополнительного транзистора и далее замыкается на вторую 9 шину источника питания. В этом случае максимальный ток первого 4 токового выхода принимает большие значения, что обеспечивает быстрый перезаряд емкостной составляющей нагрузки 16.In static mode, for example, when connecting the first 2 and second 3 remote control inputs of Fig. 2 to a common power supply bus, the static currents of the first 4 and second 5 current outputs are equal to half of the static current of the first 7 reference current source. Due to the rational choice of the currents of the first 11 and second 14 additional reference current sources in the circuit of FIG. 2, it is possible to provide small values of the input current at input 2 and at input 3. If a large pulse signal u in is applied to the first 2 input, this leads to almost instant blocking of the input differential stage at the second 5 current output and the appearance of a large pulse current through the second 15 an additional correction capacitor, which is transferred to the emitter of the second 13 additional transistor and then closes to the second 9 bus of the power source. In this case, the maximum current of the first 4 current output takes on large values, which ensures fast recharging of the capacitive component of the load 16.

При отрицательных импульсных сигналах на первом 2 входе обеспечивается форсирование процесса перезаряда емкостной составляющей двухполюсника нагрузки 17.With negative pulse signals at the first 2 input, forcing the process of recharging the capacitive component of the two-terminal load 17 is provided.

Таким образом, предлагаемый дифференциальный усилитель обеспечивает более быстрый перезаряд паразитных конденсаторов в структуре двухполюсников нагрузки 16 и 17.Thus, the proposed differential amplifier provides faster recharging of parasitic capacitors in the structure of two-terminal loads 16 and 17.

В качестве входных транзисторов входного дифференциального каскада 1 могут применяться BJT, КМОП, КНИ и другие существующие модификации транзисторов, в т.ч. на широкозонных полупроводниках.As input transistors of the input differential stage 1, BJT, CMOS, SOI and other existing modifications of transistors, incl. on wide-gap semiconductors.

Представляет существенный интерес исследование эффективности применения предлагаемого дифференциального усилителя фиг. 2 в структуре нескольких классических операционных усилителей, например, фиг. 3 (фиг.4). В частном случае схема фиг.3 содержит три дополнительных токовых зеркала 20, 21, 22, корректирующий конденсатор 23 и буферный усилитель 24, потенциальный выход 25 которого является выходом ОУ. Компьютерное можелирование схемы ОУ фиг. 3, представленное на чертежах фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, показывает, что первый 12 и второй 15 дополнительные корректирующие конденсаторы (С1, С2) во входном дифференциальном усилителе существенно уменьшают время установления переходного процесса в ОУ и увеличивают более чем в 300 раз максимальную скорость нарастания его выходного напряжения (см.фиг. 9).Of significant interest is the study of the effectiveness of the proposed differential amplifier Fig. 2 in the structure of several classical operational amplifiers, for example, FIG. 3 (fig.4). In a particular case, the circuit of Fig.3 contains three additional current mirrors 20, 21, 22, a correction capacitor 23 and a buffer amplifier 24, the potential output 25 of which is the output of the op-amp. Computer simulation of the op-amp circuit of Fig. 3 shown in the drawings of FIG. 4, fig. 5, fig. 6 shows that the first 12 and second 15 additional corrective capacitors (C1, C2) in the input differential amplifier significantly reduce the settling time of the transient process in the op-amp and increase the maximum slew rate of its output voltage by more than 300 times (see Fig. 9) .

Компьютерное моделирование второй модификации ОУ (фиг.10) с предлагаемым дифференциальным усилителем фиг. 2, представленное на чертежых фиг. 11, фиг.12, фиг. 13, позволяет сделать вывод о том, что схема фиг. 2 увеличивает быстродействие второй модификации ОУ более чем в 1000 раз (см. фиг. 14).Computer simulation of the second modification of the OS (Fig.10) with the proposed differential amplifier of Fig. 2 shown in the drawings of FIG. 11, fig. 12, fig. 13 allows us to conclude that the circuit of FIG. 2 increases the speed of the second modification of the op-amp by more than 1000 times (see Fig. 14).

Важно отметить, что дифференциальный усилитель фиг. 2 увеличивает максимальную скорость нарастания выходного напряжения у многих других модификаций ОУ, в т.ч. на GaAs технологическом процессе (фиг. 15, третья модификация ОУ). Компьютерное моделирование такого ОУ, представленное на графиках фиг. 16, фиг. 17, показывает, что введение первого 12 и второго 15 дополнительных корректирующих конденсаторов увеличивает быстродействие арсенид-галлиевого ОУ более чем в 40 раз.It is important to note that the differential amplifier of FIG. 2 increases the maximum output voltage slew rate for many other op-amp modifications, incl. on the GaAs technological process (Fig. 15, the third modification of the op-amp). Computer simulation of such an op-amp, presented in the graphs of Fig. 16, fig. 17 shows that the introduction of the first 12 and second 15 additional corrective capacitors increases the speed of the gallium arsenide op-amp by more than 40 times.

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества по быстродействию в сравнении с ДУ-прототипом при его использовании в аналоговых схемах, например, в структурах операционных усилителей, компараторов, стабилизаторов напряжения и др..Thus, the claimed device has significant speed advantages in comparison with the remote control prototype when used in analog circuits, for example, in the structures of operational amplifiers, comparators, voltage stabilizers, etc.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКREFERENCES

1. Патент US 3.644.838, fig. 2, 1972 г. (BJT)1. Patent US 3.644.838, fig. 2, 1972 (BJT)

2. Патент US 5.153.529, fig. 1, 1992 г. (BJT)2. Patent US 5.153.529, fig. 1, 1992 (BJT)

3. Патент US 5.610.557, fig. 1, 1997 г. (BJT)3. Patent US 5.610.557, fig. 1, 1997 (BJT)

4. Патент RU 2474953, fig. 2, 2013 г. (BJT)4. Patent RU 2474953, fig. 2, 2013 (BJT)

5. Патент US 4.600.893, fig. 4, 1986 г. (BJT)5. Patent US 4.600.893, fig. 4, 1986 (BJT)

6. Патент US 6.529.076, 2003 г. (BJT)6. Patent US 6.529.076, 2003 (BJT)

7. Патент US 5.327.100, 1994 г. (BJT)7. Patent US 5.327.100, 1994 (BJT)

8. Патент 4.658.159, fig. 1, 1987 г. (BJT)8. Patent 4.658.159, fig. 1, 1987 (BJT)

9. Патент US 6.018.268, fig. 1, 1998 г. (КМОП)9. Patent US 6.018.268, fig. 1, 1998 (CMOS)

10. Патент US 5.805.021, fig. 26, 1998 г. (КМОП)10. Patent US 5.805.021, fig. 26, 1998 (CMOS)

11. Патент US 6.304.143, fig. 4, 2001 г. (КМОП)11. US patent 6.304.143, fig. 4, 2001 (CMOS)

12. Патент US 5.734.296, fig. 3, 1998 г. (КМОП)12. US Patent 5,734,296, fig. 3, 1998 (CMOS)

13. Патент US 6.580.325, fig. 3, 2003 г. (КМОП)13. Patent US 6.580.325, fig. 3, 2003 (CMOS)

14. Патент EP 1083655, fig. 5, 2001 г. (КМОП)14. EP 1083655, fig. 5, 2001 (CMOS)

15. Патент US 8.188.792, fig. 1А, 2012 г. (КМОП).15. Patent US 8.188.792, fig. 1A, 2012 (CMOS).

Claims (1)

Быстродействующий дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) входами, первым (4) и вторым (5) токовыми выходами, согласованными с первой (6) шиной источника питания, первый (7) источник опорного тока, включенный между входным узлом (8) входного дифференциального каскада (1), по которому устанавливается статический режим его транзисторов, и второй (9) шиной источника питания, отличающийся тем, что в схему введен первый (10) дополнительный транзистор, база которого соединена с первым (2) входом входного дифференциального каскада (1), коллектор согласован со второй (9) шиной источника питания, а эмиттер соединен с первой (6) шиной источника питания через первый (11) дополнительный источник опорного тока и связан с входным узлом (8) входного дифференциального каскада (1), по которому устанавливается статический режим его транзисторов, через первый (12) дополнительный корректирующий конденсатор, второй (3) вход устройства соединен с базой второго (13) дополнительного транзистора, причем коллектор второго (13) дополнительного транзистора согласован со второй (9) шиной источника питания, эмиттер подключен к первой (6) шине источника питания через второй (14) дополнительный источник опорного тока и связан с входным узлом (8) входного дифференциального каскада (1), по которому устанавливается статический режим его транзисторов, через второй (15) дополнительный корректирующий конденсатор.High-speed differential amplifier containing an input differential stage (1) with the first (2) and second (3) inputs, the first (4) and second (5) current outputs, matched with the first (6) power supply bus, the first (7) source reference current, connected between the input node (8) of the input differential stage (1), through which the static mode of its transistors is set, and the second (9) power supply bus, characterized in that the first (10) additional transistor is introduced into the circuit, the base of which connected to the first (2) input of the input differential stage (1), the collector is matched to the second (9) power supply bus, and the emitter is connected to the first (6) power supply bus through the first (11) additional reference current source and connected to the input node (8) of the input differential stage (1), through which the static mode of its transistors is set, through the first (12) additional corrective capacitor, the second (3) input of the device is connected to the base of the second (13) additional transistor, and the collector of the second (13) additional transistor is matched with the second (9) power supply bus, the emitter is connected to the first (6) power supply bus through the second (14) additional reference current source and is connected to the input node (8) of the input differential stage (1), which sets the static mode its transistors, through the second (15) additional corrective capacitor.
RU2023104433A 2023-03-24 Fast differential amplifier RU2802049C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802049C1 true RU2802049C1 (en) 2023-08-22

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6529076B2 (en) * 2000-09-25 2003-03-04 Texas Instruments Incorporated Fast saturation recovery operational amplifier input stage
RU2423778C1 (en) * 2010-07-07 2011-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") High-frequency compensation cascode differential amplifier
RU2475942C1 (en) * 2012-02-01 2013-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Broadband differential amplifier
RU2652504C1 (en) * 2017-09-20 2018-04-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed differential operational amplifier

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6529076B2 (en) * 2000-09-25 2003-03-04 Texas Instruments Incorporated Fast saturation recovery operational amplifier input stage
RU2423778C1 (en) * 2010-07-07 2011-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") High-frequency compensation cascode differential amplifier
RU2475942C1 (en) * 2012-02-01 2013-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Broadband differential amplifier
RU2652504C1 (en) * 2017-09-20 2018-04-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed differential operational amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9667244B1 (en) Method of and apparatus for biasing switches
RU2572389C1 (en) High-speed driver of discharge current switch of digital-to-analogue converter based on field transistors
RU2802049C1 (en) Fast differential amplifier
US20150035597A1 (en) Operational amplifier with selective input
JPH0738544B2 (en) Control circuit of operational amplifier
EP2518900B1 (en) Current steering circuit with feedback
RU2321159C1 (en) Cascode differential amplifier
CN210327524U (en) Single-pole double-throw switch circuit of TypeC interface, analog switch chip and electronic equipment
RU2583760C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2310268C1 (en) Low-voltage powered cascade differential amplifier
US20220182053A1 (en) Single-pole double-throw switch circuit with type-c interface, analog switch chip, and electronic device
Jayachandran et al. Hardware realization and testing of multistage OTA buffer amplifier for heavy resistive load
RU2668968C1 (en) Fast-acting differential operating amplifier for operation at low temperatures
RU2441316C1 (en) Differential amplifier with low supply voltage
RU2474952C1 (en) Operating amplifier
CN107888184B (en) Single-end-to-differential circuit and buffer circuit and sample hold circuit formed by same
US20210091778A1 (en) Switched Capacitor Slew Boost Technique
RU2446554C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU2791274C1 (en) High-speed operational amplifier with bridge input differential stage
RU2452077C1 (en) Operational amplifier with paraphase output
RU2674885C1 (en) Quick-acting buffer amplifier
RU2797043C1 (en) Input cascade of a fast differential operational amplifier with nonlinear correction of the transient process
Acosta et al. Low-voltage first-order fully differential CMOS all-pass filter with programmable pole-zero
RU2790615C1 (en) High-speed buffer amplifier with nonlinear correction class ab
CN105356883A (en) Current steering digital-to-analog converter and output amplitude control circuit