RU2813010C1 - High-speed operational amplifier based on complementary bent cascades - Google Patents
High-speed operational amplifier based on complementary bent cascades Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813010C1 RU2813010C1 RU2023125769A RU2023125769A RU2813010C1 RU 2813010 C1 RU2813010 C1 RU 2813010C1 RU 2023125769 A RU2023125769 A RU 2023125769A RU 2023125769 A RU2023125769 A RU 2023125769A RU 2813010 C1 RU2813010 C1 RU 2813010C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additional
- emitter
- transistor
- current
- output
- Prior art date
Links
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 title claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве операционных усилителей (ОУ), предназначенных для применения в подклассе так называемых дискретно-аналоговых SC-фильтров на переключаемых конденсаторах [1-2], для которых (в ряде важных случаев) требуются повышенные значения максимальной скорости нарастания выходного напряжения ОУ, а также в драйверах быстродействующих аналого-цифровых преобразователей.The invention relates to radio electronics and can be used as operational amplifiers (op-amps), intended for use in the subclass of so-called discrete-analog SC filters on switched capacitors [1-2], which (in a number of important cases) require increased values of the maximum the rate of rise of the output voltage of the op-amp, as well as in the drivers of high-speed analog-to-digital converters.
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение операционные усилители на биполярных [3-20] и полевых [21-24] транзисторах, выполненные на основе архитектуры двухтактного комплементарного «перегнутого каскода». Их основные достоинства - расширенный частотный диапазон, а также эффективное использование напряжения питания. Однако, в данном классе известных ОУ [3-24] не решаются проблемы существенного повышения максимальной скорости нарастания выходного напряжения (SR).In modern electronic equipment, operational amplifiers based on bipolar [3-20] and field-effect [21-24] transistors are used, based on the architecture of a push-pull complementary “bent cascode”. Their main advantages are an extended frequency range, as well as efficient use of supply voltage. However, this class of known op-amps [3-24] does not solve the problem of significantly increasing the maximum rate of rise of the output voltage (SR).
Как показано в работах [25-27], быстродействие классических операционных усилителей с однополюсной частотной коррекцией одним интегрирующим конденсатором (Ск) определяется диапазоном активной работы входного каскада. Для увеличения максимальной скорости выходного напряжения ОУ (SR) с классической архитектурой, как правило, предусматриваются специальные цепи нелинейной коррекции, обеспечивающие в режиме динамической перегрузки входного каскада ОУ большие уровни выходных токов, что способствует более быстрому перезаряду интегрирующей корректирующей емкости Ск [25-27]. Однако для рассматриваемого класса ОУ на основе двухтактных комплементарных «перегнутых каскодов» [3-24] такие цепи не разработаны. Данная задача решается в предлагаемом ниже схемотехническом решении.As shown in [25-27], the performance of classical operational amplifiers with single-pole frequency correction by one integrating capacitor ( Ck ) is determined by the range of active operation of the input stage. To increase the maximum speed of the output voltage of an op-amp (SR) with a classical architecture, as a rule, special nonlinear correction circuits are provided, providing high levels of output currents in the dynamic overload mode of the op-amp input stage, which contributes to a faster recharge of the integrating correction capacitance C to [25-27 ]. However, for the class of op-amp under consideration based on push-pull complementary “bent cascodes” [3-24], such circuits have not been developed. This problem is solved in the circuit solution proposed below.
Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является операционный усилитель по патенту US 4.837.523, fig. 1, 1989 г. ОУ-прототип содержит (фиг. 1) входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 входами, а также первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными соответственно с первой 6 и второй 7 шинами источников питания, причем первый 4 токовый выход связан с эмиттером первого 8 выходного транзистора, который через первый 9 источник опорного тока связан с первой 6 шиной источника питания, второй 5 токовый выход соединен с эмиттером второго 10 выходного транзистора, который связан со второй 7 шиной источника питания через второй 11 источник опорного тока, объединенные коллекторы первого 8 и второго 10 выходных транзисторов соединены со входом буферного усилителя 12 и корректирующим конденсатором 13, база первого 8 выходного транзистора подключена к первому 14 источнику напряжения смещения, а база второго 10 выходного транзистора соединена со вторым 15 источником напряжения смещения.The closest prototype (Fig. 1) of the claimed device is the operational amplifier according to US patent 4.837.523, fig. 1, 1989. The op-amp prototype contains (Fig. 1) a differential input stage 1 with the first 2 and second 3 inputs, as well as the first 4 and second 5 current outputs, matched respectively with the first 6 and second 7 power supply buses, the first 4 current output is connected to the emitter of the first 8 output transistor, which is connected to the first 6 power supply bus through the first 9 reference current source, the second 5 current output is connected to the emitter of the second 10 output transistor, which is connected to the second 7 power supply bus through the second 11 source reference current, the combined collectors of the first 8 and second 10 output transistors are connected to the input of the buffer amplifier 12 and the correction capacitor 13, the base of the first 8 output transistor is connected to the first 14 bias voltage source, and the base of the second 10 output transistor is connected to the second 15 bias voltage source.
Существенный недостаток известного ОУ фиг. 1 состоит в том, что максимальный выходной ток двухтактного «перегнутого» каскода (в режиме динамической перегрузки входного каскада 1) жестко связан с токами первого 9 и второго 11 источников опорного тока. Это не позволяет при малом статическом токопотреблении осуществить быстрый перезаряд интегрирующего корректирующего конденсатора 13 (Ск=С13), обеспечивающего устойчивость схемы, что ограничивает максимальную скорость нарастания выходного напряжения в ОУ данного класса [25-27].A significant drawback of the known op-amp Fig. 1 is that the maximum output current of the push-pull “bent” cascode (in the dynamic overload mode of the input stage 1) is rigidly connected with the currents of the first 9 and second 11 reference current sources. This does not allow, with low static current consumption, to quickly recharge the integrating correction capacitor 13 (C to =C 13 ), which ensures the stability of the circuit, which limits the maximum rate of rise of the output voltage in an op-amp of this class [25-27].
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в обеспечении более высоких уровней выходного тока двухтактного «перегнутого каскода» Iвых.max, перезаряжающего корректирующий конденсатор ОУ 13 (Ск=С13) во время фронта переходного процесса. В конечном итоге это повышает быстродействие ОУ в режиме большого сигнала, уменьшает время установления переходного процесса [25-27].The main objective of the proposed invention is to provide higher levels of output current of the push-pull “bent cascode” I out.max , recharging the correction capacitor op-amp 13 (C to =C 13 ) during the front of the transient process. Ultimately, this increases the performance of the op-amp in large-signal mode and reduces the settling time of the transient process [25-27].
Поставленная задача достигается тем, что в операционном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 входами, а также первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными соответственно с первой 6 и второй 7 шинами источников питания, причем первый 4 токовый выход связан с эмиттером первого 8 выходного транзистора, который через первый 9 источник опорного тока связан с первой 6 шиной источника питания, второй 5 токовый выход соединен с эмиттером второго 10 выходного транзистора, который связан со второй 7 шиной источника питания через второй 11 источник опорного тока, объединенные коллекторы первого 8 и второго 10 выходных транзисторов соединены со входом буферного усилителя 12 и корректирующим конденсатором 13, база первого 8 выходного транзистора подключена к первому 14 источнику напряжения смещения, а база второго 10 выходного транзистора соединена со вторым 15 источником напряжения смещения, предусмотрены новые элементы и связи - в схему фиг.2 введены первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 дополнительные транзисторы, база первого 16 дополнительного транзистора соединена с эмиттером первого 8 выходного транзистора, его эмиттер связан с первой 6 шиной источника питания через первый 20 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор согласован со второй 7 шиной источника питания, база второго 17 дополнительного транзистора соединена с эмиттером второго 10 выходного транзистора, его эмиттер связан со второй 7 шиной источника питания через второй 21 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор согласован с первой 6 шиной источника питания, база третьего 18 дополнительного транзистора подключена к первому 14 источнику напряжения смещения, его эмиттер связан с первой 6 шиной источника питания через третий 22 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, база четвертого 19 дополнительного транзистора подключена ко второму 15 источнику напряжения смещения, его эмиттер связан со второй 7 шиной источника питания через четвертый 23 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, причем эмиттер первого 16 дополнительного транзистора связан с эмиттером четвертого 19 дополнительного транзистора через первый 24 дополнительный корректирующий конденсатор, эмиттер второго 17 дополнительного транзистора соединен с эмиттером третьего 18 дополнительного транзистора через второй 25 дополнительный корректирующий конденсатор, а коллекторы третьего 18 и четвертого 19 дополнительных транзисторов соединены со входом буферного усилителя 12. Выход 26 буферного усилителя 12 является потенциальным выходом устройства.This task is achieved by the fact that in the operational amplifier of Fig. 1, containing an input differential stage 1 with the first 2 and second 3 inputs, as well as the first 4 and second 5 current outputs, matched, respectively, with the first 6 and second 7 power supply buses, the first 4 current output is connected to the emitter of the first 8 output transistor, which is connected to the first 6 power supply bus through the first 9 reference current source, the second 5 current output is connected to the emitter of the second 10 output transistor, which is connected to the second 7 power supply bus through the second 11 source reference current, the combined collectors of the first 8 and second 10 output transistors are connected to the input of the buffer amplifier 12 and the correction capacitor 13, the base of the first 8 output transistor is connected to the first 14 bias voltage source, and the base of the second 10 output transistor is connected to the second 15 bias voltage source, new elements and connections are provided - the first 16, second 17, third 18 and fourth 19 additional transistors are introduced into the circuit of Fig. 2, the base of the first 16 additional transistor is connected to the emitter of the first 8 output transistor, its emitter is connected to the first 6 bus of the power source through the first 20 is an additional current-stabilizing two-terminal network, and the collector is matched to the second 7 bus of the power source, the base of the second 17 additional transistor is connected to the emitter of the second 10 output transistor, its emitter is connected to the second 7 bus of the power source through the second 21 additional current-stabilizing two-terminal network, and the collector is matched to the first 6 power supply bus, the base of the third 18 additional transistor is connected to the first 14 bias voltage source, its emitter is connected to the first 6 power supply bus through the third 22 additional current-stabilizing two-terminal network, the base of the fourth 19 additional transistor is connected to the second 15 bias voltage source, its emitter is connected to the second 7 power supply bus through the fourth 23 additional current-stabilizing two-terminal network, and the emitter of the first 16 additional transistor is connected to the emitter of the fourth 19 additional transistor through the first 24 additional correction capacitor, the emitter of the second 17 additional transistor is connected to the emitter of the third 18 additional transistor through the second 25 additional correction capacitor , and the collectors of the third 18 and fourth 19 additional transistors are connected to the input of the buffer amplifier 12. The output 26 of the buffer amplifier 12 is the potential output of the device.
На чертеже фиг. 1 приведена схема операционного усилителя - прототипа на основе комплементарных «перегнутых» каскодов на первом 8 и втором 10 выходных транзисторах.In the drawing FIG. Figure 1 shows a circuit of an operational amplifier - a prototype based on complementary “bent” cascodes on the first 8 and second 10 output transistors.
На чертеже фиг. 2 показана схема заявляемого ОУ в соответствии с п. 1 формулы изобретения для первого частного случая выполнения входного дифференциального каскада 1 на транзисторах 27, 28, 30, 31 и источниках опорного тока 29 и 32 (I29, I32).In the drawing FIG. Figure 2 shows the circuit of the claimed op-amp in accordance with claim 1 of the claims for the first particular case of implementing the input differential stage 1 on transistors 27, 28, 30, 31 and reference current sources 29 and 32 (I 29 , I 32 ).
На чертеже фиг. 3 представлена схема заявляемого ОУ в соответствии с п. 1 формулы изобретения для второго частного случая выполнения входного дифференциального каскада 1, который выполнен на транзисторах 27, 28, 30, 31, 33 и 34 и источниках опорного тока 29 и 32. Введение транзисторов 33 и 34 позволяет уменьшить систематическую составляющую напряжения смещения нуля ОУ за счет «выравнивания» статических напряжений база-коллектор соответствующих пар транзисторов 27, 28 и 30, 31.In the drawing FIG. Figure 3 shows a diagram of the proposed op-amp in accordance with claim 1 of the claims for the second particular case of the implementation of the input differential stage 1, which is made on transistors 27, 28, 30, 31, 33 and 34 and reference current sources 29 and 32. Introduction of transistors 33 and 34 makes it possible to reduce the systematic component of the op-amp zero bias voltage by “leveling” the static base-collector voltages of the corresponding pairs of transistors 27, 28 and 30, 31.
На чертеже фиг. 4 приведен статический режим ОУ фиг. 2 в среде LTSpice на моделях транзисторов базового матричного кристалла MH2XA031_25.01.21 при 27°С, источниках опорного тока I1=I2=I7=I8=300 мкА, I5=I6=400 мкА, I3=I4=100 мкА, интегрирующем корректирующем конденсаторе 13 (Ск=С1=С13=1 пФ), дополнительных корректирующих конденсаторах 24 и 25 (Ск1=С24=Ск2=С25=0 пФ), шинах питания V1=V2=±10 В.In the drawing FIG. Figure 4 shows the static mode of the op-amp of Fig. 2 in the LTSpice environment on transistor models of the base matrix crystal MH2XA031_01/25/21 at 27°C, reference current sources I 1 =I 2 =I 7 =I 8 =300 μA, I 5 =I 6 =400 μA, I 3 =I 4 =100 µA, integrating correction capacitor 13 (C to =C 1 =C 13 =1 pF), additional correction capacitors 24 and 25 (C to 1 =C 24 =C to 2 =C 25 =0 pF), power buses V1 = V2 =±10 V.
На чертеже фиг. 5 показан передний фронт переходного процесса ОУ на чертеже фиг. 4.In the drawing FIG. 5 shows the leading edge of the transient process of the op-amp in the drawing of FIG. 4.
На чертеже фиг. 6 представлен задний фронт переходного процесса ОУ на чертеже фиг. 4.In the drawing FIG. 6 shows the trailing edge of the transient process of the op-amp in the drawing of FIG. 4.
На чертеже фиг. 7 приведен статический режим ОУ фиг. 2 с токоограничивающим резистором R1=1кОм в среде LTSpice на моделях транзисторов базового матричного кристалла MH2XA031_25.01.21 при 27°С, источниках опорного тока I1=I2=I7=I8=300 мкА, I5=I6=400 мкА, I3=I4=100 мкА, интегрирующем корректирующем конденсаторе 13 (Ск=С1=С13=1 пФ), дополнительных корректирующих конденсаторах 24 и 25 (Ск1=С24=Ск2=С25=0 пФ), напряжениях на шине питания V1=V2=±10 В.In the drawing FIG. Figure 7 shows the static mode of the op-amp of Fig. 2 with current-limiting resistor R1=1kOhm in the LTSpice environment on transistor models of the base matrix crystal MH2XA031_25.01.21 at 27°C, reference current sources I 1 =I 2 =I 7 =I 8 =300 µA, I 5 =I 6 =400 µA , I 3 =I 4 =100 μA, integrating correction capacitor 13 (C to =C 1 =C 13 =1 pF), additional correction capacitors 24 and 25 (C to 1 =C 24 =C to 2 =C 25 =0 pF) , voltage on the power bus V1=V2=±10 V.
На чертеже фиг. 8 показаны логарифмические амплитудно-частотные характеристики коэффициента усиления по напряжению ОУ на чертеже фиг. 7.In the drawing FIG. 8 shows the logarithmic amplitude-frequency characteristics of the voltage gain of the op-amp in the drawing of FIG. 7.
На чертеже фиг. 9 представлен передний фронт переходного процесса в ОУ на чертеже фиг. 7 с токоограничивающим резистором R1.In the drawing FIG. 9 shows the leading edge of the transient process in the op-amp in the drawing of FIG. 7 with current limiting resistor R1.
На чертеже фиг. 10 приведен задний фронт переходного процесса в ОУ на чертеже фиг. 7 при наличии токоограничивающего резистора R1.In the drawing FIG. 10 shows the trailing edge of the transient process in the op-amp in the drawing of FIG. 7 in the presence of current-limiting resistor R1.
Быстродействующий операционный усилитель на основе комплементарных «перегнутых» каскодов фиг. 2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 входами, а также первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными соответственно с первой 6 и второй 7 шинами источников питания, причем первый 4 токовый выход связан с эмиттером первого 8 выходного транзистора, который через первый 9 источник опорного тока связан с первой 6 шиной источника питания, второй 5 токовый выход соединен с эмиттером второго 10 выходного транзистора, который связан со второй 7 шиной источника питания через второй 11 источник опорного тока, объединенные коллекторы первого 8 и второго 10 выходных транзисторов соединены со входом буферного усилителя 12 и корректирующим конденсатором 13, база первого 8 выходного транзистора подключена к первому 14 источнику напряжения смещения, а база второго 10 выходного транзистора соединена со вторым 15 источником напряжения смещения. В схему введены первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 дополнительные транзисторы, база первого 16 дополнительного транзистора соединена с эмиттером первого 8 выходного транзистора, его эмиттер связан с первой 6 шиной источника питания через первый 20 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор согласован со второй 7 шиной источника питания, база второго 17 дополнительного транзистора соединена с эмиттером второго 10 выходного транзистора, его эмиттер связан со второй 7 шиной источника питания через второй 21 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор согласован с первой 6 шиной источника питания, база третьего 18 дополнительного транзистора подключена к первому 14 источнику напряжения смещения, его эмиттер связан с первой 6 шиной источника питания через третий 22 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, база четвертого 19 дополнительного транзистора подключена ко второму 15 источнику напряжения смещения, его эмиттер связан со второй 7 шиной источника питания через четвертый 23 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, причем эмиттер первого 16 дополнительного транзистора связан с эмиттером четвертого 19 дополнительного транзистора через первый 24 дополнительный корректирующий конденсатор, эмиттер второго 17 дополнительного транзистора соединен с эмиттером третьего 18 дополнительного транзистора через второй 25 дополнительный корректирующий конденсатор, а коллекторы третьего 18 и четвертого 19 дополнительных транзисторов соединены со входом буферного усилителя 12. Выход 26 буферного усилителя 12 является потенциальным выходом устройства.High-speed operational amplifier based on complementary “bent” cascodes Fig. 2 contains an input differential stage 1 with the first 2 and second 3 inputs, as well as the first 4 and second 5 current outputs, matched respectively with the first 6 and second 7 buses of power supplies, and the first 4 current output is connected to the emitter of the first 8 output transistor, which through the first 9 reference current source is connected to the first 6 power supply bus, the second 5 current output is connected to the emitter of the second 10 output transistor, which is connected to the second 7 power supply bus through the second 11 reference current source, the combined collectors of the first 8 and second 10 output transistors connected to the input of the buffer amplifier 12 and the correction capacitor 13, the base of the first 8 output transistor is connected to the first 14 bias voltage source, and the base of the second 10 output transistor is connected to the second 15 bias voltage source. The first 16, second 17, third 18 and fourth 19 additional transistors are introduced into the circuit, the base of the first 16 additional transistor is connected to the emitter of the first 8 output transistor, its emitter is connected to the first 6 bus of the power source through the first 20 additional current-stabilizing two-terminal network, and the collector is matched with the second 7 bus of the power source, the base of the second 17 additional transistor is connected to the emitter of the second 10 output transistor, its emitter is connected to the second 7 bus of the power source through the second 21 additional current-stabilizing two-terminal network, and the collector is matched to the first 6 bus of the power source, the base of the third 18 additional transistor connected to the first 14 bias voltage source, its emitter is connected to the first 6 power supply bus through the third 22 additional current-stabilizing two-terminal network, the base of the fourth 19 additional transistor is connected to the second 15 bias voltage source, its emitter is connected to the second 7 power supply bus through the fourth 23 additional current-stabilizing two-terminal network, and the emitter of the first 16 additional transistor is connected to the emitter of the fourth 19 additional transistor through the first 24 additional correction capacitor, the emitter of the second 17 additional transistor is connected to the emitter of the third 18 additional transistor through the second 25 additional correction capacitor, and the collectors of the third 18 and fourth 19 additional transistors are connected to the input of the buffer amplifier 12. The output 26 of the buffer amplifier 12 is the potential output of the device.
Кроме этого, в схеме фиг. 3 входной дифференциальный каскад 1 содержит вспомогательные транзисторы 33, 34, базы которых соединены соответственно с эмиттером первого 16 и эмиттером второго 17 дополнительных транзисторов. Такое схемотехническое решение симметрирует статический режим транзисторов 27, 28, а также транзисторов 30, 31 по напряжениям коллектор-база. Как следствие, это уменьшает систематическую составляющую напряжения смещения нуля, обусловленную влиянием коэффициента внутренней обратной связи транзисторов 27-28 и 30-31.In addition, in the diagram of Fig. 3, the input differential stage 1 contains auxiliary transistors 33, 34, the bases of which are connected, respectively, to the emitter of the first 16 and the emitter of the second 17 additional transistors. This circuit design balances the static mode of transistors 27, 28, as well as transistors 30, 31 in terms of collector-base voltages. As a consequence, this reduces the systematic component of the zero offset voltage, due to the influence of the internal feedback coefficient of transistors 27-28 and 30-31.
Рассмотрим работу ОУ фиг.2.Let's consider the operation of the op-amp of Fig.2.
Статический режим транзисторов схемы фиг. 2 обеспечивается первым 9 и вторым 11 источниками опорного тока, третьим 22, четвертым 23, первым 20 и вторым 21 дополнительными токостабилизирующими двухполюсниками, а также источниками опорного тока 32 и 29. Токи первого 9 и второго 11 источников опорного тока выбираются меньше, чем токи источников опорного тока 32 и 29.Static mode of transistors in the circuit of Fig. 2 is provided by the first 9 and second 11 reference current sources, the third 22, fourth 23, first 20 and second 21 additional current-stabilizing two-terminal networks, as well as reference current sources 32 and 29. The currents of the first 9 and second 11 reference current sources are selected less than the currents of the sources reference current 32 and 29.
При большом импульсном изменении входного напряжения на первом 2 входе ОУ фиг. 2 второй 10 выходной транзистор запирается, а напряжение на базе второго 17 дополнительного транзистора увеличивается, что создает дополнительный импульсный ток через второй 25 дополнительный корректирующий конденсатор, который передается в эмиттер третьего 18 дополнительного транзистора и далее в корректирующий конденсатор 13, что способствует его более быстрому перезаряду.With a large pulse change in the input voltage at the first 2 input of the op-amp Fig. 2 the second 10 output transistor is turned off, and the voltage at the base of the second 17 additional transistor increases, which creates an additional pulse current through the second 25 additional correction capacitor, which is transmitted to the emitter of the third 18 additional transistor and then to the correction capacitor 13, which contributes to its faster recharge .
При отрицательном импульсном изменении напряжения на входе 1 увеличивается напряжение на базе первого 16 дополнительного транзистора, что формирует импульсный ток через первый 24 дополнительный корректирующий конденсатор. Этот ток передается в эмиттер четвертого 19 дополнительного транзистора и далее в корректирующий конденсатор 13. Вследствие указанных выше переходных процессов существенно повышается максимальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ (см. таблицы 1, 2, а также графики фиг. 5, фиг.6).With a negative pulse voltage change at input 1, the voltage at the base of the first 16 additional transistor increases, which generates a pulse current through the first 24 additional correction capacitor. This current is transmitted to the emitter of the fourth 19 additional transistor and then to the correction capacitor 13. Due to the above transient processes, the maximum rate of rise of the op-amp output voltage increases significantly (see tables 1, 2, as well as graphs of Fig. 5, Fig. 6).
Ск1, Ск2 на схеме фиг. 4Capacitor Capacitance Values
Sk1, Sk2 in the diagram of Fig. 4
Ск1, Ск2 на схеме фиг. 7Capacitor Capacitance Values
Sk1, Sk2 in the diagram of Fig. 7
Анализ таблицы 2, а также графиков переходного процесса фиг. 9, фиг. 10 показывает, что за счет введения токоограничивающего резистора R1 можно уменьшить перерегулирование переходного процесса при сохранении на достаточно высоком уровне максимальной скорости нарастания выходного напряжения.Analysis of Table 2, as well as the graphs of the transient process in Fig. 9, fig. 10 shows that by introducing a current-limiting resistor R1, it is possible to reduce the overshoot of the transient process while maintaining the maximum rate of rise of the output voltage at a sufficiently high level.
Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с ОУ-прототипом по уровню максимальной скорости нарастания выходного напряжения замкнутого ОУ.Thus, the claimed device has significant advantages in comparison with the prototype op-amp in terms of the maximum rate of rise of the output voltage of a closed-loop op-amp.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHICAL LIST
1. E. J. Wyers, "Accurate Geometric Programming-Compatible Slew Rate Modeling for Two-Stage Operational Amplifier Design Optimization,"2022 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems (APCCAS), Shenzhen, China, 2022, pp. 185-189. doi: 10.1109/APCCAS55924.2022.100903351. E. J. Wyers, “Accurate Geometric Programming-Compatible Slew Rate Modeling for Two-Stage Operational Amplifier Design Optimization,” 2022 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems (APCCAS), Shenzhen, China, 2022, pp. 185-189. doi: 10.1109/APCCAS55924.2022.10090335
2. J. Ramirez-Angulo and M. Holmes, "A simple technique to significantly enhance slew rate and bandwidth of one-stage CMOS operational amplifiers,"2002 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. Proceedings (Cat. No. 02CH37353), Phoenix-Scottsdale, AZ, USA, 2002, pp. II-II. doi: 10.1109/ISCAS.2002.10114832. J. Ramirez-Angulo and M. Holmes, “A simple technique to significantly enhance slew rate and bandwidth of one-stage CMOS operational amplifiers,” 2002 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. Proceedings (Cat. No. 02CH37353), Phoenix-Scottsdale, AZ, USA, 2002, pp. II-II. doi: 10.1109/ISCAS.2002.1011483
Схемы ОУ с двухтактными «перегнутыми» каскодами на биполярных транзисторахOp-amp circuits with push-pull “bent” cascodes on bipolar transistors
3. Патент US 5.153.529, fig. 1, 1992 г.3. US Patent 5.153.529, fig. 1, 1992
4. Патент US 5.140.280, fig. 1, 1992 г.4. Patent US 5.140.280, fig. 1, 1992
5. Патент US 5.455.535, fig. 5, 1995 г.5. US Patent 5.455.535, fig. 5, 1995
6. Патент US 5.610.557, fig. 1, 1997 г.6. Patent US 5.610.557, fig. 1, 1997
7. Патент US 5.770.972, fig. 37, 1998 г.7. US Patent 5,770,972, fig. 37, 1998
8. Патент US 5.420.540, fig. 2, 1994 г.8. Patent US 5.420.540, fig. 2, 1994
9. Патент US 5.729.177, fig. 1,fig. 2, 1998 г.9. US Patent 5,729,177, fig. 1,fig. 2, 1998
10. Патент US 5.523.718, fig. 2, 1995 г.10. US Patent 5,523,718, fig. 2, 1995
11. Патент US 4.649.352, fig. 1, fig. 2, 1987 г.11. Patent US 4.649.352, fig. 1, fig. 2, 1987
12. Патент US 4.837.523, fig. 1, 1989 г.12. Patent US 4.837.523, fig. 1, 1989
13. Патент RU 2319286, fig. 2, 2008 г.13. Patent RU 2319286, fig. 2, 2008
14. Патент US 6.249.153, fig. 9, 2001 г.14. US Patent 6.249.153, fig. 9, 2001
15. Патент US 4.766.394, fig. 3, 1988 г.15. US Patent 4,766,394, fig. 3, 1988
16. Патент US 5.294.893, fig. 2, 1994 г.16. US Patent 5,294,893, fig. 2, 1994
17. Патент US 6.963.244, fig. 8, 2005 г.17. Patent US 6.963.244, fig. 8, 2005
18. Патент US 5.963.085, fig. 3, 1999 г.18. US Patent 5,963,085, fig. 3, 1999
19. Патент RU 2193273, fig. 2, 2002 г.19. Patent RU 2193273, fig. 2, 2002
20. Патент US 5.291.149, fig. 1, 1994 г.20. US Patent 5,291,149, fig. 1, 1994
Схемы ОУ с двухтактными «перегнутыми» каскодами на полевых транзисторахOp-amp circuits with push-pull “bent” cascodes on field-effect transistors
21. Патент US 5.894.245, fig. 2, 1999 г.21. US Patent 5,894,245, fig. 2, 1999
22. Патентная заявка US 2005/0275459, fig. 1, 2005 г.22. Patent application US 2005/0275459, fig. 1, 2005
23. Патент US 5.805.021, fig. 1, 1998 г.23. US Patent 5.805.021, fig. 1, 1998
24. Эннс В.И., Кобзев Ю.М. Проектирование аналоговых КМОП-микросхем. Краткий справочник разработчика /Под редакцией канд. техн. наук В.И. Эннса. - М.: Горячая линия-Телеком. - 2005. - С. 206, рис. 3.8124. Enns V.I., Kobzev Yu.M. Design of analog CMOS microcircuits. Developer's Quick Guide /Edited by Ph.D. tech. Sciences V.I. Enns. - M.: Hotline-Telecom. - 2005. - P. 206, fig. 3.81
Монографии по теории ОУMonographs on the theory of op-amps
25. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов : монография / Анисимов В.И., Капитонов М.В., Прокопенко Н.Н., Соколов Ю.М. - Л.: «Энергия», 1979. - 148 с.25. Operational amplifiers with direct coupling of cascades: monograph / Anisimov V.I., Kapitonov M.V., Prokopenko N.N., Sokolov Yu.M. - L.: “Energy”, 1979. - 148 p.
26. Нелинейная активная коррекция в прецизионных аналоговых микросхемах: монография / Н.Н. Прокопенко. - Ростов-на-Дону: Изд-во Северо-Кавказского научного центра высшей школы, 2000. - 222 с.26. Nonlinear active correction in precision analog microcircuits: monograph / N.N. Prokopenko. - Rostov-on-Don: Publishing House of the North Caucasus Scientific Center of Higher Education, 2000. - 222 p.
27. Прокопенко, Н.Н. Архитектура и схемотехника быстродействующих операционных усилителей: монография / Н.Н. Прокопенко, А.С. Будяков. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2006. - 231 с.27. Prokopenko, N.N. Architecture and circuit design of high-speed operational amplifiers: monograph / N.N. Prokopenko, A.S. Budyakov. - Mines: YURGUES Publishing House, 2006. - 231 p.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2813010C1 true RU2813010C1 (en) | 2024-02-06 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU500574A1 (en) * | 1974-02-20 | 1976-01-25 | Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова (Ленина) | Operational amplifier |
US4837523A (en) * | 1988-04-04 | 1989-06-06 | Elantec | High slew rate linear amplifier |
US5455535A (en) * | 1994-03-03 | 1995-10-03 | National Semiconductor Corporation | Rail to rail operational amplifier intermediate stage |
RU2411641C1 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift |
RU2439778C1 (en) * | 2010-11-09 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operational amplifier with paraphase output |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU500574A1 (en) * | 1974-02-20 | 1976-01-25 | Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова (Ленина) | Operational amplifier |
US4837523A (en) * | 1988-04-04 | 1989-06-06 | Elantec | High slew rate linear amplifier |
US5455535A (en) * | 1994-03-03 | 1995-10-03 | National Semiconductor Corporation | Rail to rail operational amplifier intermediate stage |
RU2411641C1 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift |
RU2439778C1 (en) * | 2010-11-09 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operational amplifier with paraphase output |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2710917C1 (en) | Analogue microcircuit output cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction | |
RU2813010C1 (en) | High-speed operational amplifier based on complementary bent cascades | |
RU2813280C1 (en) | High-speed operational amplifier based on complementary bent cascade | |
US5495201A (en) | Transconductor stage | |
WO2022027750A1 (en) | Comparator and analog-to-digital converter | |
US20050231411A1 (en) | Switched capacitor integrator system | |
RU2811070C1 (en) | High-speed operational amplifier based on a bent cascode | |
RU2310268C1 (en) | Low-voltage powered cascade differential amplifier | |
RU2786422C1 (en) | High-speed operational amplifier based on a two-stroke "bended" cascode | |
RU2813133C1 (en) | High-speed operational amplifier based on bent cascade with differentiating transient correction circuit | |
CN212258935U (en) | Input buffer for high-speed ADC | |
RU2615066C1 (en) | Operational amplifier | |
RU2797043C1 (en) | Input cascade of a fast differential operational amplifier with nonlinear correction of the transient process | |
RU2668968C1 (en) | Fast-acting differential operating amplifier for operation at low temperatures | |
RU2626667C1 (en) | Multi-channel high-speed operational amplifier | |
RU2810548C1 (en) | High speed operational amplifier | |
RU2797566C1 (en) | Input cascade of a high-speed differential operational amplifier with nonlinear correction of the transient process | |
RU2374756C1 (en) | Multidifferential amplifer | |
RU2659476C1 (en) | High-speed differential operational amplifier | |
RU2670777C9 (en) | Bipolar-field buffer amplifier for operating at low temperatures | |
RU2683851C1 (en) | Multichannel high-speed operational amplifier | |
RU2811071C1 (en) | High-speed operational amplifier with differential transient correction circuit | |
RU2684473C1 (en) | Differential cascade on complementary field-effect transistors | |
RU2784706C1 (en) | High-speed operational amplifier with differentiated transient correction circuits | |
RU2595923C1 (en) | High-speed operational amplifier based on "bent" cascode |