SU1283946A1

SU1283946A1 - Operational amplifier

Info

Publication number: SU1283946A1
Application number: SU843791320A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Грошев
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Электронной Интроскопии При Томском Политехническом Институте
Priority date: 1984-09-20
Filing date: 1984-09-20
Publication date: 1987-01-15

Description

1 - 12839461 - 1283946

Изобретение относитс к области радиотехники и предназначено дл усилени , генерировани и преобразовани электрических сигналов с высо- г Ким быстродействием.The invention relates to the field of radio engineering and is intended to amplify, generate and convert electrical signals with high-speed response.

Цель изобретени - повышение быстродействи и расширение полосы частот.The purpose of the invention is to increase speed and bandwidth expansion.

На чертеже представлена принципи- 10 альна электрическа схема операционного усилител .The drawing shows the principle-10 electrical circuit of the operational amplifier.

Операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад 1, первьш повторитель 2 тока, промажу- 15 точный каскад 3, первый транзистор 4, второй транзистор 5, третий транзистор 6, четвертый транзистор 7, п тый транзистор 8, шестой транзистор 9, д1ухта:ктный выходной каскад 20The operational amplifier contains an input differential cascade 1, the first repeater current 2, a promazhu- 15 exact cascade 3, the first transistor 4, the second transistor 5, the third transistor 6, the fourth transistor 7, the fifth transistor 8, the sixth transistor 9, d: the kt output stage 20

10, усилитель И тока, седьмой транзистор 12, восьмой транзистор 13, второй повторитель 14 тока, четвертый резистор 15, второй резистор 16, третий резистор 17, диод 18 и токо- задающий элем(гнт 19.10, the amplifier And the current, the seventh transistor 12, the eighth transistor 13, the second current follower 14, the fourth resistor 15, the second resistor 16, the third resistor 17, the diode 18 and the current driving element (gt 19.

Операционный усилитель (ОУ) работает следующнЗ 4 образов.The operational amplifier (op-amp) works with the following 3 images.

На малом сигнале структура ОУ представл ет собой два параллельных канала с существенно различньми амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ). Второй повторитель 14 тока , п тый и шестой транзисторы 8, 9 промежуточного каскада 3 образуют высокочастотный (вч) канал ОУ.On a small signal, the OU structure consists of two parallel channels with significantly different amplitude-frequency characteristics (AFC). The second current repeater 14, the fifth and sixth transistors 8, 9 of the intermediate stage 3 form the high-frequency (rf) channel of the op-amp.

Шестой транзистор 9 промежуточного каскада 3, осуществл ющий передачу тока в ВЧ ;канале усилител , вклю25The sixth transistor 9 of the intermediate stage 3, carrying out the transfer of current in the RF, amplifier channel, including 25

30thirty

3535

дифференциального каскада 1, первы повторителем 2 тока и транзисторам 4-7 промежуточного каскада 3. Перв и второй транзисторы 4, 5 включены по схеме с общим коллектором и обл дают большим усилением по току,поэт му коэффициент усилени НЧ канала низких частотах существенно превьш ет коэффициент усилени ВЧ канала.differential cascade 1, the first repeater current 2 and transistors 4-7 intermediate cascade 3. The first and second transistors 4, 5 are connected according to a common collector circuit and the region gives a large gain current, so the low-frequency gain of the channel low frequencies significantly exceeds HF channel gain.

Однако результирующа АЧХ НЧ ка нала имеет два полюса, а поэтому д обеспечени устойчивости обособлен ного НЧ канала, охваченного глубок обратной отрицательной св зью, нео ходима корректирующа цепь.However, the resulting AFC of the LF channel has two poles, and therefore a correction circuit is necessary to ensure the stability of a separate LF channel covered by a deep negative feedback link.

При объединении обоих каналов у етс одновременно обеспечить высок коэффициент усилени на посто нном токе и высокзпо частоту единичного усилени .When combining both channels, it is possible to simultaneously provide a high gain at a constant current and a high frequency of a single gain.

При использовании достаточно вы кочастотных р-п-р транзисторов В Б канале предлагаемый ОУ не нуждаетс в цеп х коррекции. Кроме того, стр тура каскадов предлагаемого устрой ства исключает чередование нулей и полюсов на результирующей .АЧХ, опр дел тем самым его хорошие перехо ные характеристики и малое врем установлени . При этом ОУ обладает широкой полосой усилени и хорошим импульсными характеристиками, прич выброс вершины передаваемого импул са при включении ОУ со 100% обратн св зью определ етс в основном емкостными помехамиS проникающими че рез паразитные емкости входного ди ференциального каскада на выход усWhen using sufficiently high frequency transistor transistors In channel B, the proposed opamp does not need a correction circuit. In addition, the construction of the cascades of the proposed device eliminates the alternation of zeros and poles on the resulting .AChCh, thus determining its good interlacing characteristics and short establishment time. In this case, the shelter has a wide amplification bandwidth and good impulse response, and the ejection of the tip of the transmitted impulse when turning on the shelter with 100% feedback is determined mainly by capacitive interference S penetrating through the parasitic capacitances of the input differential cascade

чен по схеме z общей базой, что обес- 40 лител , и нелинейными эффектами вaccording to the scheme z a common base, which is a donor, and nonlinear effects in

0 0

5 050

5five

00

5five

дифференциального каскада 1, первым повторителем 2 тока и транзисторами 4-7 промежуточного каскада 3. Первый и второй транзисторы 4, 5 включены по схеме с общим коллектором и обладают большим усилением по току,поэтому коэффициент усилени НЧ канала на низких частотах существенно превьш1а- ет коэффициент усилени ВЧ канала.differential cascade 1, the first current repeater 2 and transistors 4-7 intermediate cascade 3. The first and second transistors 4, 5 are connected according to a common-collector circuit and have a large current gain, therefore the gain of the low-frequency channel at low frequencies significantly exceeds the ratio HF channel gain.

Однако результирующа АЧХ НЧ канала имеет два полюса, а поэтому дл обеспечени устойчивости обособленного НЧ канала, охваченного глубокой обратной отрицательной св зью, необходима корректирующа цепь.However, the resulting AFC of the LF channel has two poles, and therefore, to ensure the stability of a separate LF channel covered by a deep negative feedback, a correction circuit is necessary.

При объединении обоих каналов удаетс одновременно обеспечить высокий коэффициент усилени на посто нном токе и высокзпо частоту единичного усилени .By combining both channels, it is possible to simultaneously provide a high gain at a constant current and a high frequency of a single gain.

При использовании достаточно высокочастотных р-п-р транзисторов В БЧ канале предлагаемый ОУ не нуждаетс в цеп х коррекции. Кроме того, структура каскадов предлагаемого устройства исключает чередование нулей и полюсов на результирующей .АЧХ, определ тем самым его хорошие переходные характеристики и малое врем , установлени . При этом ОУ обладает-, широкой полосой усилени и хорошими импульсными характеристиками, причем выброс вершины передаваемого импульса при включении ОУ со 100% обратной св зью определ етс в основном емкостными помехамиS проникающими через паразитные емкости входного дифференциального каскада на выход усиWhen using sufficiently high-frequency pnp transistors. In the ASB channel, the proposed op-amp does not need a correction circuit. In addition, the structure of the cascades of the proposed device eliminates the alternation of zeros and poles on the resulting .AChC, thereby determining its good transient characteristics and short installation time. In this case, the op-amp has a wide amplification bandwidth and good impulse response, and the ejection of the peak of the transmitted pulse when the opamp is switched on with 100% feedback is determined mainly by capacitive interference S penetrating through the parasitic capacitances of the input differential cascade

печивает его предельную широкополое- ность. Используема структура ВЧ канала обеспечивает высокое значение частоты единичного усилени , определ емое лишь крутизной и емкостью, приведенной к выходу промежуточного каскада 3. При этом результирующа АЧХ ВЧ канала имеет один полюс и он обычно вл етс абсолютно устойчивым во всей полосе усиливаемых частот.bakes its extreme wideness. The HF channel structure used provides a high value of the unit gain frequency, determined only by the steepness and capacitance brought to the output of the intermediate stage 3. At the same time, the resulting frequency response of the HF channel has one pole and it is usually absolutely stable in the entire band of amplified frequencies.

Однако усиление ВЧ канала на посто нном токе невелико и при токах смещени во входном и промежуточном каскадах на уровне одного миллиампер не превьш1ает /1-3/«10, However, the gain of the HF channel in a direct current is small, and at bias currents in the input and intermediate stages at the level of one milliamp, it does not exceed / 1-3 / "10,

Недостаточно высокое усиление ВЧ канала на посто нном токе компенсируетс низкочастотным (НЧ) каналом, образованным транзисторами входногоThe insufficiently high gain of the high frequency channel in direct current is compensated by the low-frequency (LF) channel formed by the input transistors

его структуре.its structure.

Отсутствие вли ни емкостных эффектов входного дифференциального каскада 1 на выходной ток усилител No influence of the capacitive effects of the input differential stage 1 on the output current of the amplifier

I1 определ етс подключением базI1 is determined by connecting bases

седьмого и восьмого транзисторов 12, 13 к точкам, которые дл емкостных помех вл ютс синфазными. Независимость коэффициента усилени усилител 11 от величины начального тока отличает его от известных устройств, используемых дл аналогичных целей, коэффициент усилени по току которых всегда св зан с величиной начальногоthe seventh and eighth transistors 12, 13 to points that are in-phase for capacitive interference. The independence of the gain of amplifier 11 from the magnitude of the initial current distinguishes it from the known devices used for similar purposes, the current gain of which is always related to the magnitude of the initial current.

тока, при этом обеспечение высокой скорости нарастани всегда сопровождаетс ухудшением экономичности. Така особенность работы усилител 11 тока обусловлена установкой четcurrent, while ensuring a high rate of increase is always accompanied by a deterioration of efficiency. This feature of the amplifier 11 current due to the installation of even

вертого, второго и третьего резисторов 15-17 в промежуточном каскаде 3. Сопротивление этих резисторов составл ет дес тки Ом, и они не оказывают практически Никакого вли ни на частотно-усилительные характеристики промежуточного каскада 3.of the second, second, and third resistors 15-17 in intermediate stage 3. The resistance of these resistors is tens of ohms, and they have little or no effect on the frequency-amplifying characteristics of intermediate stage 3.

Дл предотвращени насыщени восьмого транзистора 13 при ограничении на отрицательных полуволнах сигнала установлен диод 18,In order to prevent the eighth transistor 13 from saturating while diode 18 is mounted on the negative half-wave signal,

4 о рмула изобретени 4 of the invention

Операционный усилитель содержащий входной дифференциальный каскад с двум симметричными входами, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу и выходу первого повторител тока, общий вьшод которого соединен с первой шиной питани , промежуточный каскад, первый вход которого соединен с входом первого повторител тока, а второй вход - с вторым выходом входного дифференциального каскада, выполненный на первом и втором транзисторах одного типа проводимости, базы которых вл ютс соответственно первым и вторым входами промежуточного каскада , а коллекторы объединены и подключены к первой шине питани , третьем и четвертом транзисторах противоположного типа проводимости, эмиттеры которых соединены соответственно с эмиттерами первого и второго транзисторов , а базы объединены и подключены к коллектору четвёртого транзистора , п том и шестом транзисторах проводимость которых совпадает с проводимостью первого и второго транзисторов , базы п того и .шестого транзисторов объединены с коллектором п того транзистора и соединены через токозадающий элемент с базой четвер- того транзистора, при этом объединенные коллекторы третьего и шестого транзисторов вл ютс выходом проме-An operational amplifier containing an input differential stage with two symmetrical inputs, the first and second outputs of which are connected respectively to the input and output of the first current repeater, the common output of which is connected to the first power bus, the intermediate stage, the first input of which is connected to the input of the first current repeater and the second input - with the second output of the input differential stage, performed on the first and second transistors of the same conductivity type, the bases of which are the first and second inputs, respectively dami intermediate cascade, and the collectors are combined and connected to the first power bus, the third and fourth transistors of the opposite conductivity type, the emitters of which are connected respectively to the emitters of the first and second transistors, and the bases are combined and connected to the collector of the fourth transistor, the second and sixth transistors whose conductivity coincides with the conductivity of the first and second transistors, the base of the fifth and the sixth transistors are combined with the collector of the fifth transistor and connected through a current supply circuit the element with the base of the fourth transistor, with the combined collectors of the third and sixth transistors being the output of the

повыиени быстродействи и расширени полосы частот, в него введены два диода, п ть резисторов, второй повторитель тока, общий вывод которого соединен с второй шиной питани , предвыходной каскад на бипол рном транзисторе, вклю 1енном по схеме с коллектором, и источник тока смещени , при этом входной каскад имеет третий и четвертый выходы, подключенные соответственно к входу и выходу второго повторител тока, между первым выходом входного каскада и входом первого повторител тока включен первый резистор, а между перэь и Вторьц выходами входного каскада - пр мосмещенный диод, промежуточный каскад вьтолнен с третьим и четвертым входами, которыми вл ютс эмиттеры п того и шестого транзисторов , подключенные соответственно к третьему и четвертому выходам входного каскада, при этом между эмиттерами первого и третьего, второго и четвертого транзисторов включены соответственно второй и третий резисторы, между объединенными базами третьего и четвертого транзисторов и коллектором четвертого транзистора включен четвертый резистор, а коллектор третьего транзистора соединен с выходом промежуточного каскада через п Гый резистор, источник тока смещени предварительного усилител выполнен в виде усилител тока на седьмом и восьмом транзисторах взаимно противоположного типа про- водимости, эмиттеры которых -объединены , при этом коллектор седьмого транзистора подключен к первой шине питани , его база соединена с базой первого транзистора, база восьмого транзистора соединена с коллектором четвертого транзистора, а коллектор восьмого транзистора подключен через источник напр жени смещени к эмиттеру транзистора предварительного усилител мощности, база которогоperformance and expansion of the frequency band, two diodes, five resistors, a second current repeater, the common output of which is connected to the second power bus, a pre-output cascade on a bipolar transistor included in the collector circuit, and a bias current source, with This input stage has third and fourth outputs, connected respectively to the input and output of the second current repeater, between the first output of the input stage and the input of the first current repeater, the first resistor is connected, and between the front and second outputs input stage - direct diode, intermediate stage is complete with the third and fourth inputs, which are the emitters of the fifth and sixth transistors connected respectively to the third and fourth outputs of the input stage, while between the emitters of the first and third, second and fourth transistors are included respectively the second and third resistors, between the combined bases of the third and fourth transistors and the collector of the fourth transistor are included the fourth resistor, and the collector of the third transistor with the output of the intermediate stage through the nth resistor, the bias current source of the preamplifier is designed as a current amplifier on the seventh and eighth transistors of mutually opposite type of conduction, the emitters of which are connected, the collector of the seventh transistor is connected to the first power bus, its base connected to the base of the first transistor, the base of the eighth transistor is connected to the collector of the fourth transistor, and the collector of the eighth transistor is connected via a bias voltage source to the emitter transistor pre-amplifier power, whose base

жуточного каскада, и усилитель мощности , содержащий двухтактный выход- JQ подключена к коллектору шестого тран- ной каскад на комплементарных бипо- зистора, а коллектор - к второй шинеa daily stage and a power amplifier containing a push-pull output — JQ is connected to the collector of the sixth trance stage for the complementary bipistor, and the collector to the second bus

л рных транзисторах с цепью напр жени смещени между их базами, о т- личающийс тем, что, с цельюtransient transistors with a bias voltage circuit between their bases, which is due to the fact that

00

5five

0 5 0 5

00

5five

00

5five

подключена к коллектору шестого тран- зистора, а коллектор - к второй шинеconnected to the collector of the sixth transistor, and the collector to the second bus

питани , между базой четвертого транзистора и коллектором восьмого транзистора включен пр мосмещенный диод.A power supply diode is connected between the base of the fourth transistor and the collector of the eighth transistor.

Claims

Claim

An operational amplifier containing an input differential stage with two symmetrical inputs, the first and second outputs of which are connected respectively to the input and output of the first current repeater, the common output of which is connected to the first power bus, an intermediate stage, the first input of which is connected to the input of the first current repeater, and the second input - with the second output of the input differential stage, made on the first and second transistors of the same type of conductivity, the bases of which are the first and second inputs, respectively of the intermediate stage, and the collectors are combined and connected to the first power bus, the third and fourth transistors of the opposite type of conductivity, the emitters of which are connected respectively to the emitters of the first and second transistors, and the bases are combined and connected to the collector of the fourth transistor, the fifth and sixth transistors, whose conductivity coincides with the conductivity of the first and second transistors, the bases of the fifth and sixth transistors are combined with the collector of the fifth transistor and connected through a current-collecting element with the fourth of the fourth transistor, the combined collectors of the third and sixth transistors being the output of the intermediate stage, and a power amplifier containing a push-pull output stage to complementary bipolar transistors with a bias voltage circuit between their bases, which differs in that, for the purpose of increasing speed and expanding the frequency band, two diodes, five resistors, a second current repeater are introduced into it, the common output of which is connected to the second power bus, the output cascade on a bipolar transistor e, included in the scheme with a common collector, and a bias current source, while the input stage has a third and fourth outputs connected respectively to the input and output of the second current repeater, between the first output of the input stage and the input of the first current repeater, the first resistor is connected, and between first! and the second outputs of the input stage are a direct-biased diode, the intermediate stage is made with the third and fourth inputs, which are the emitters of the fifth and sixth transistors, connected respectively. but to the third and fourth outputs of the input stage, while the second and third resistors are connected respectively between the emitters of the first and third, second and fourth transistors, the fourth resistor is connected between the combined bases of the third and fourth transistors and the collector of the fourth transistor, and the collector of the third transistor is connected to the output intermediate stage through the fifth resistor, the bias current source of the pre-amplifier is made in the form of a current amplifier on the seventh and eighth transistors mutually anti of the opposite type of conductivity, the emitters of which are combined, while the collector of the seventh transistor is connected to the first power bus, its base is connected to the base of the first transistor, the base of the eighth transistor is connected to the collector of the fourth transistor, and the collector of the eighth transistor is connected to the emitter of the pre-amplifier transistor power, the base of which is connected to the collector of the sixth transistor, and the collector to the second power bus, between the base of the fourth transistor and the collector the eighth transistor includes a forward biased diode.

i