SU1656670A1 - Operational amplifier - Google Patents

Operational amplifier Download PDF

Info

Publication number
SU1656670A1
SU1656670A1 SU884465710A SU4465710A SU1656670A1 SU 1656670 A1 SU1656670 A1 SU 1656670A1 SU 884465710 A SU884465710 A SU 884465710A SU 4465710 A SU4465710 A SU 4465710A SU 1656670 A1 SU1656670 A1 SU 1656670A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
transistors
output
input
resistance
push
Prior art date
Application number
SU884465710A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Vladimir Ya Groshev
Original Assignee
Vladimir Ya Groshev
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vladimir Ya Groshev filed Critical Vladimir Ya Groshev
Priority to SU884465710A priority Critical patent/SU1656670A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1656670A1 publication Critical patent/SU1656670A1/en

Links

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Description

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - улучшение статических характеристик'без ухудшения быстродейст- вия и линейности в режиме большого сигнала.The invention relates to radio engineering. The purpose of the invention is to improve the static characteristics without sacrificing speed and linearity in the large signal mode.

В операционном усилителе используется входной двухтактный дифференциальный каскад 1, выполненный с двумя противофазными высокоомными выходами и несимметИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обработки электрических сигналов с высоким быстродействием и точностью в системах с ограниченным ресурсом питания.The operational amplifier uses an input push-pull differential cascade 1, made with two anti-phase high-resistance outputs and asymmetry. The invention relates to radio engineering and can be used to process electrical signals with high speed and accuracy in systems with limited power supply.

Цель изобретения ~ улучшение статических характеристик без ухудшения быстродействия и линейности в режиме большого сигнала.The purpose of the invention ~ improvement of static characteristics without degrading performance and linearity in the large signal mode.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого операционного усилителя (ОУ) по п.1 формулы изобретения; на фиг 2 представлен возможный вариант его конкретной реализации.Figure 1 presents the structural electrical circuit of the proposed operational amplifier (OA) according to claim 1 of the claims; Fig 2 shows a possible variant of its specific implementation.

ОУ содержит входной двухтактный дифференциальный каскад 1, малосигнальный канал 2 усиления и выходной сумматор 3. Малосигнальный канал 2 усиления выполнен на двухстороннем ограничителе 4. резисторе 5, инвертирующем усилителе 6 с конденсатором в цепи обратной связи и преобразователе 7 напряжение-ток.The OS contains a push-pull differential cascade 1, a small signal amplification channel 2 and an output adder 3. A small signal amplification channel 2 is provided on a two-way limiter 4. a resistor 5, an inverting amplifier 6 with a capacitor in the feedback circuit and a voltage-current converter 7.

22

ричным высокоомным выходом. Введен малосигнальный канал 2 усиления, содержа щий двухсторонний ограничитель 4, резистор 5, инвертирующий усилитель 6 с конденсатором в цепи обратной связи и преобразователь 7 напряжение-ток. Малосигнальный канал 2 усиления позволяет обеспечить искусственный малосигнальный режим в ряде каскадов операционного усилителя и тем самым обеспечить одновременно его хорошую линейность в режиме большого сигнала и хорошие параметры на постоянном токе, поскольку в выходном сумматоре 3 при работе операционного усилителя в любом режиме суммируются только линейные составляющие сигнала. 1 з.п.ф χ лы, 2 ил. ιwith a high-impedance output. A small signal amplification channel 2 was inserted, containing a two-way limiter 4, a resistor 5, an inverting amplifier 6 with a capacitor in the feedback circuit, and a voltage-to-current converter 7. The small signal channel 2 amplification allows to provide an artificial low signal mode in a number of stages of the operational amplifier and at the same time ensure its good linearity in the large signal mode and good parameters on the direct current, since in the output adder 3, the linear components of the signal are summed up in any mode . 1 Cp. Χ ly, 2 ill. ι

соwith

сwith

Входной двухтактный дифференциаль- 3 ный каскад 1 выполнен на первом, втором, третьем, четвертом и пятом транзисторах 8.The input push-pull differential cascade 1 is performed on the first, second, third, fourth, and fifth transistors 8.

9, 10, 11 и 12 одного типа, на шестом, седьмом и восьмом транзисторах 13. ί4 и 15 другого типа, на первом, втором и третьем управляемых источниках тока 16, 17 и 18. на первом и втором резисторах 19 и 20, на источнике 21 смещения и на элементе 22 смещения,9, 10, 11 and 12 of one type, on the sixth, seventh and eighth transistors 13. ί4 and 15 of a different type, on the first, second and third controlled current sources 16, 17 and 18. On the first and second resistors 19 and 20, on bias source 21 and bias element 22,

Предложенный ОУ работает следующим образом.The proposed OU works as follows.

В его составе имеются два канала передачи сигнала, однако в отличие от известных двухканальных усилителей, на входе каждого канала в которых производится частотное разделение сигнала, в предлагаемом ОУ такого разделения не осуществляется, а выходные сигналы не перемножаются, как в большинстве известных устройств, а суммируются. Вклад же каждого канала в резуль1656670 А1It consists of two signal transmission channels, however, unlike the well-known two-channel amplifiers, at the input of each channel in which the frequency separation of the signal is made, in the proposed op-amp this separation is not performed, and the output signals are not multiplied, as in most known devices, but are summed up . The contribution of each channel in result 1656670 A1

33

16566701656670

4four

тирующий выходной сигнал зависит от режима, в котором работает ОУ.The output output depends on the mode in which the op-amp operates.

Допустим, что на входе ОУ присутствует малый сигнал. Такое состояние характерно для случая, когда ОУ работает без обратной связи на низких частотах либо с обратной связью в уравновешенном режиме.Suppose that a small signal is present at the input of an opamp. This condition is typical for the case when the OS operates without feedback at low frequencies or with feedback in a balanced mode.

Предположим, что обратная связь отсутствует, при этом амплитуда сигнала на выходе ОУ составляет 1 В. Если коэффициент усиления по напряжению малосигнального канала 2 совместно с дифференциальным усилителем на транзисторах Э, 9 составляет, например, 105, то сигнал, приложенный к входам ОУ, в этом случае равен 10 мкВ. Усиление входного двухтактного дифференциального каскада 1 обычно равно 200-300. Следовательно,в рассматриваемом режиме сигнал на выходе этого канала (например, в прототипе) составил бы всего 2-3 мВ, что составляет 0,2-0,3% от сигнала на выходе малосигнального канала 2. В такой же пропорции отличаются токи, поступающие на вход выходного сумматора 3. Поэтому в режиме малого сигнала вкладом входного двухтактного дифференциального каскада 1 в результирующее усиление можно пренебречь. Соответственно, можно пренебречь и его малосигнальными погрешностями, при этом такие характеристики ОУ, как коэффициент усиления на постоянном токе и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС), полностью определяются только малосигнальным каналом 2 совместно с транзисторами 8, 9, а результату ющий входной сдвиг определяется исключительно степенью согласованности этих транзисторов. При этом по статической точнбсти предлагаемый ОУ не уступает никаким известным усилителям, выполненным наSuppose that there is no feedback, the amplitude of the signal at the output of the opamp is 1 V. If the voltage gain of the small signal channel 2 together with the differential amplifier at transistors E, 9 is, for example, 10 5 , then the signal applied to the inputs of the op-amp, in this case is equal to 10 mV. The gain of the input push-pull differential cascade 1 is usually 200-300. Consequently, in the mode in question, the signal at the output of this channel (for example, in the prototype) would be only 2-3 mV, which is 0.2-0.3% of the signal at the output of the small signal channel 2. In the same proportion, the currents entering to the input of the output adder 3. Therefore, in the small signal mode, the contribution of the input push-pull differential cascade 1 to the resulting gain can be neglected. Accordingly, its small-signal errors can be neglected, with such OU characteristics as DC gain and common-mode attenuation coefficient (COSS), are fully determined only by the small signal channel 2 together with transistors 8, 9, and the resulting input shift is determined exclusively the degree of consistency of these transistors. At the same time, in terms of static precision, the proposed OU is not inferior to any known amplifiers made on

одинаковом технологическом уровне.same technological level.

С помощью частоты входного сигнала усиление малосигнального канала 2 уменьшается, что обусловлено параллельной емкостью обратной связью, которой охвачен инвертирующий усилитель 6, однако оно остается большим, чем у входного двухконтактного дифференциального каскада 1 вплоть до частоты среза его собственной АЧХ, В дальнейшем за счет резистора 5 усиление малосигнального канала 2 начинает снижаться со скоростью 12 дБ/ окт и по сравнению с усилением входного двухтактного дифференциального каскада 1 становится пренебрежимо малым. При этом, начиная с некоторой частоты, общее усиление определяется практически только этим каскадом.Using the frequency of the input signal, the amplification of the low-signal channel 2 is reduced, which is due to the parallel feedback capacitance, which covers the inverting amplifier 6, however, it remains larger than the input two-terminal differential stage 1 up to the cut-off frequency of its own frequency response, later due to resistor 5 the gain of the low signal channel 2 begins to decrease at a speed of 12 dB / oct and becomes negligible compared to the gain of the input push-pull differential stage 1. In this case, starting with a certain frequency, the total gain is determined almost exclusively by this cascade.

При переходе в режим большого сигнала, например при включении ОУ неинвертирующим повторителем напряжения и передаче импульсного фронта, сигнал также усиливается только входным двухтактным дифференциальным каскадом 1, обладающим исключительно высоким относительным быстродействием и линейностью в режиме большого сигнала. Это объясняется существенно большим усилением от входов ОУ до противофазных высокоомных выходов входного двухтактного дифференциального каскада 1 по сравнению с усилением на высоких частотах малосигнального канала 2, который поэтому никак не влияет на передачу коротких фронтов.When switching to a large signal mode, for example, when the OS is turned on with a non-inverting voltage follower and a pulse-front transmission, the signal is also amplified only by the input push-pull differential stage 1, which has an extremely high relative speed and linearity in the large signal mode. This is due to the significantly greater gain from the inputs of the opamp to the antiphase high-resistance outputs of the input push-pull differential stage 1 compared to the gain at high frequencies of the small signal channel 2, which therefore does not affect the transmission of short fronts.

Однако в момент переключения на несимметричном выходе входного двухтактного дифференциального каскада 1 также присутствует большой сигнал, который поступает на вход малосигнального канала 2, а поскольку ток с выхода этого канала суммируется с выходными токами входного двухтактного дифференциального каскада 1, то при попадании малосигнального канала 2 в нелинейный режим он в равной степени определял бы величину и характер искажений выходного сигнала, но уже не на фронте, а на вершине передаваемого импульса. Чтобы исключить влияние малосигнального канала 2 на характер передачи сигналов, имеющих высокую скорость нарастания, необходимо таким образом реализовать этот канал, чтобы предотвратить нелинейные искажения его выходного тока при любой скорости нарастания сигнала на входе ОУ. Это условие выполнено за счет использования двухстороннего ограничителя 4, ограничивающего сигнала на несимметричном высокоомном выходе входного двух контактного дифференциального каскада 1 до уровня 1)о, резистора ЬсопротивлениемН. Очевидно, что при введении этих элементов в состав малосигнального канала 2, входной ток инвертирующего усилителя 6 не может превысить величины Ыо/Р. Такое решение практически никак не отражается на малосигнальных характеристиках малосигнального канала 2,но πρ·τ этом гарантируется линейный режим усиления инвертирующего усилителя 6 при любой скорости нарастания сигнала на входе ОУ, если начальный ток смещения этого каскада выбран большим, чем и0/К. Однако условие, при котором сигнальный ток каскада всегда имеет меньшую величину по сравнению с начальным током его смещения, и есть условие малосигнального режима усиления.However, at the moment of switching on the asymmetrical output of the input push-pull differential stage 1, there is also a large signal that is fed to the input of the small signal channel 2, and since the current from the output of this channel is summed with the output currents of the input push-pull differential stage 1, when a small signal channel 2 hits the nonlinear he would equally determine the magnitude and nature of the distortion of the output signal, but not at the front, but at the top of the transmitted pulse. To eliminate the influence of the small signal channel 2 on the nature of the transmission of signals having a high slew rate, it is necessary to implement this channel in order to prevent nonlinear distortions of its output current at any slew rate of the signal at the input of an opamp. This condition is met by using a double-sided limiter 4, a limiting signal on the asymmetrical high-resistance output of the input two-contact differential cascade 1 to level 1) o , and a resistor L of resistance H. It is obvious that with the introduction of these elements into the small signal channel 2, the input current of the inverting amplifier 6 cannot exceed the values of Ho / P. This decision practically doesn’t affect the low-signal characteristics of the low-signal channel 2, but πρ · τ guarantees a linear amplification mode of the inverting amplifier 6 at any rate of rise of the signal at the input of the op-amp if the initial bias current of this stage is chosen greater than and / 0 . However, the condition under which the signal current of the cascade always has a smaller value compared with the initial current of its displacement, and there is a condition for the low-signal amplification mode.

Следовательно, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить искусственный малосигнальный режим в ряде каскадов ОУ и тем самым обеспечить одновременно его хорошую линейность в режиме большего сигнала и хорошие параметры на постоянном токе, поскольку в выходном сумматоре 3 при работе ОУ в любом режимеTherefore, the proposed technical solution allows to provide an artificial low-signal mode in a number of OU stages and at the same time to ensure its good linearity in the larger signal mode and good parameters at a constant current, since in the output adder 3 when the OU operates in any mode

5five

16566701656670

66

суммируются только линейные составляющие сигнала. Для реализации такой структуры ОУ следует дополнительно выполнить еще одно условие. Поскольку выход инвертирующего усилителя 6 нельзя непосредственно подключить к дополнительному входу сумматора 3, что привело бы к шунтированию низким выходным сопротивлением этого усилителя симметричных противофазных выходов входного двухконтактного дифференциального каскада 1 и к нарушению ею работоспособности, между выходом инвертирующего усилителя 6 и входом выходного сумматора 3 необходим преобразователь напряжение-ток 7. Один из вариантов его конкретного выполнения показан на фиг.2.only linear components of the signal are summed. To implement this structure, the OS should additionally fulfill one more condition. Since the output of the inverting amplifier 6 cannot be directly connected to the auxiliary input of the adder 3, which would shunt the low output impedance of this amplifier to the symmetrical anti-phase outputs of the two-contact differential stage 1 and its malfunction, there is a converter between the output of the inverting amplifier 6 and the input of the output adder 3 voltage-current 7. One of the variants of its specific implementation is shown in figure 2.

В качестве выходного сумматора 3 может использоваться либо простое соединение выходов малосигнального канала и входного двухконтактного дифференциального каскада 1, как это показано на фиг 2, либо каскад с ОБ, на входе которого суммируется сигнал с одного из противофазных высокоомных выходов входного двухтактного дифференциального каскада 1 и выходной сигнал малосигнального канала 2. Сигнал с другого противофазного высокоомного выхода может при этом поступать в точку суммирования либо непосредственно, либо также через каскад с ОБ. Использование таких каскадов позволяет несколько улучшить частотные свойства ОУ за счет снижения величины емкости, приведенной к выходу ОУ.As an output adder 3, either a simple connection of the outputs of the small signal channel and the input two-stage differential stage 1 can be used, as shown in Fig. 2, or a cascade with ON, the input of which summarizes the signal from one of the anti-phase high-resistance outputs of the two-stage differential stage 1 and the output signal of the small signal channel 2. In this case, the signal from another anti-phase high-impedance output can arrive at the summation point either directly or also through a cascade with ON. The use of such cascades allows us to somewhat improve the frequency properties of the OU by reducing the capacitance value reduced to the OU output.

Claims (2)

Формула изобретенияClaim 1. Операционный усилитель, содержащий входной двухтактный дифференциальный каскад, выполненный с двумя противофазными высокоомными выходами, и выходной сумматор, при этом противофазные высокоомные выходы входного двухтактного дифференциального каскада подключены к соответствующим входам выходного сумматора, отличающийся тем, что, с целью улучшения статических характеристик без ухудшения быстродействия и линейности в режиме большого,, сигнала, входной двухтактный дифференциальный каскад выполнен с несимметричным высокоомным выходом, выходной сумматор выполнен с дополнительным входом и введен малосигнальный канал усиления, содержащий двухсторонний ограничитель, резистор, инвертирующий усилитель с конденсатором1. An operational amplifier containing an input push-pull differential cascade made with two anti-phase high-resistance outputs and an output adder, while the anti-phase high-resistance outputs of the input push-pull differential cascade are connected to the corresponding inputs of the output adder, characterized in that, in order to improve the static characteristics without deterioration speed and linearity in the large, signal mode, the input push-pull differential cascade is made with an unbalanced high-resistance output m, the adder output is configured with additional input and entered the small-signal gain channel comprising a double-sided limiter, a resistor, an inverting amplifier with a capacitor в цепи обратной связи и преобразователь напряжение - ток, причем несимметричный высокоомный выход входного двухтактною дифференциальною каскада подключен через последовательно соединенные двухсторонний ограничитель и резистор к. входу инвертирующего усилителя, еыход которого через преобразователь напряжение ток подключен к дополнительному входу сумматора.in the feedback circuit and the voltage-current converter, the asymmetrical high-resistance output of the input two-stroke differential cascade is connected via a serially connected double-sided limiter and resistor to the input of an inverting amplifier, whose output through the voltage converter is connected to the auxiliary input of the adder. 2. Усилитель по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что входной двухтактный дифференциальный каскад содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый транзисторы одного типа, шестой, седьмой и восьмой транзисторы другого типа, первый второй и третий управляемые источники тока, первый и второй резисторы, источник смещения и элемент смещения, при этом базы первого и второго транзисторов яеляются неинвертирующим и инвертирующим входами входного двухтактного дифференциального каскада, базы шестого и седьмого транзисторов подключены соответственно к базам первого и второго транзисторов, эмиттеры третьего и четвертою транзисторов соответственно через первый и второй резисторы подключены к эмиттерам шестого и седьмого транзисторов, а базы - к первому еыводу источника смещения, входы первого и второго управляемых источников тока соединены через элемент смещения и подключены к коллекторам шестою и четвертого транзисторов соответственно, а их выходы подключены соответственно к второму и первому выводам источника смещения, второй вывод которого соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов эмиттеры пятого и восьмого транзисторов подключены к соответствующим шинам источника питания, их базы - к входам соответственно первого и второго управляемых источников юка, а их коллекторы являются соответствующими противофазными высокоомными выходами входного двухтактного дифференциального каскада, коллекторы третьего и седьмого транзисторов соединены с соответствующими шинами источника питания, а коллекторы первого и второго транзисторов подключены соответственно к входу и выходу третьего управляемого источника тока, коллектор второго транзистора является несимметричным высокоомным выходом входного двухтактного дифференциального каскада.2. The amplifier according to claim 1, that is, that the input push-pull differential cascade contains first, second, third, fourth and fifth transistors of one type, sixth, seventh and eighth transistors of another type, The first second and third controlled current sources, the first and second resistors, the bias source and the bias element, while the bases of the first and second transistors are formed by the non-inverting and inverting inputs of the push-pull differential cascade, the base of the sixth and seventh transistors are connected respectively o to the bases of the first and second transistors, the emitters of the third and fourth transistors, respectively, through the first and second resistors are connected to the emitters of the sixth and seventh transistors, and the bases to the first output of the bias source, the inputs of the first and second controlled current sources are connected through the bias element and connected to collectors of the sixth and fourth transistors, respectively, and their outputs are connected respectively to the second and first terminals of the bias source, the second terminal of which is connected to the emitters of the first and second The fifth and eighth emitters of the transistors are connected to the corresponding power supply buses, their bases are to the inputs of the first and second Yuka controlled sources, respectively, and their collectors are the corresponding antiphase high-resistance outputs of the two-stage differential cascade, and the collectors of the third and seventh transistors are connected to the corresponding source buses power supply, and the collectors of the first and second transistors are connected respectively to the input and output of the third controlled source As a current, the collector of the second transistor is an asymmetrical high-resistance output of the input push-pull differential stage. 16566701656670 фиг.1figure 1 Фиг.?Fig.?
SU884465710A 1988-07-25 1988-07-25 Operational amplifier SU1656670A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884465710A SU1656670A1 (en) 1988-07-25 1988-07-25 Operational amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884465710A SU1656670A1 (en) 1988-07-25 1988-07-25 Operational amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1656670A1 true SU1656670A1 (en) 1991-06-15

Family

ID=21391992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884465710A SU1656670A1 (en) 1988-07-25 1988-07-25 Operational amplifier

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1656670A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0058448A1 (en) Transconductance amplifier
US5049831A (en) Single-ended input to differential output amplifier with integral two-pole filter
EP0227323A2 (en) Wideband feedback amplifier
KR910008545B1 (en) Current-voltage converter
US5606288A (en) Differential transimpedance amplifier
US4779057A (en) Cascode amplifier with nonlinearity correction and improve transient response
US5382919A (en) Wideband constant impedance amplifiers
KR870006712A (en) High frequency differential amplifier stage and amplifier with same
KR20030040185A (en) Variable gain amplifier and filter circuit
CA2169041C (en) Transimpedance amplifier circuit
SU1656670A1 (en) Operational amplifier
KR100518475B1 (en) Circuit arrangement including a differential amplifier stage
SU1742803A1 (en) Dc voltage regulator
RU2053592C1 (en) Amplifier
US5047729A (en) Transconductance amplifier
JP3080488B2 (en) Differential amplifier
EP0853839B1 (en) Electronic circuit comprising complementary transconductors for filters and oscillators
US5166983A (en) Mute circuit for audio amplifiers
US6542018B1 (en) Current mode step attenuation control circuit with digital technology
US5334949A (en) Differential amplifiers
JPH0279604A (en) Low frequency amplifier
US4426626A (en) Signal switching circuit
US4164716A (en) Clock level shifting circuit
US6037838A (en) Amplifier with programmable gain and input linearity usable in high-frequency lines
SU1676065A1 (en) Operational amplifiers based on cmos transistors