Операционный усилитель

 

1. ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий первьй и второй усилительные транзисторы, первый повторитель тока, вход которого соединен с коллектором второго усилительного транзистора , выход первого повторителя тока соединен с входом выходного усилителя, между входом и выходом которого включен корректирующий конденсатор , управляемый стабилизатор тока, базы первого и второго усилительных транзисторов являются соответственно первым и вторым входами операционного усилителя, первый и второй токозадающие резисторы, о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в не го введены второй и третий повторители тока, формирователь управляющего тока, причем коллектор первого усилительного транзистора соединен с входом второго повторителя тока, выход второго повторителя тока подключен к ВХОДУ третьего повторителя тока, выход которого соединен с входом выходного усилителя, дополнительные выходы первого и второго повторителей тока подключены соответст-. венно к первому и второму входам формирова;теля управляклдего тока,выход которого соединен с.входом управляемого стабилизатора тока, выход которого соответственно через первый и. второй токозадаквдие резисторы подключен к эмиттерам первого и второго усилительных транзисторов. 2. Усилитель по п. 1, отличающий с я тем,.что формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласующие транзисторы , эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым входами формирователя, к коллектору п рвого согласующего транзистора подклюI чен катод первого отсекающего диода и первый вывод первого токостабилиU ) зирующего двухполюсника, к коллектору второго согласующего транзистора подключен катод второго отсекающего диода и первый вывод второго токостабипизирующего двухполюсника аноды первого и второго отсекающих диодов соединены с базой выходного транзистора, эмиттер которого является выходом формирователя, коллектор выходного транзистора и вторые выводы первого и второго токостабили зирующих двухполюсников подключены . к шине питания, базы первого и второго согласующих транзисторов соединены с шиной напряжения смещения. 3..Усилитель по п. 1, о т л ич а ю щ и и с я тем, что формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласутадае транзисторы , первый и второй выходные транзисторы противоположного типа проводимости , базы которыхявляются соответственно первым и вторым входами формирователя, а коллекторы объединены и являются выходом фсрми« роватёля, к базам первого и второго выходных транзисторов подключены анода| соответственно первого и вто

091 (111

ССФОЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3159 0 06 0 7/12

« ле

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф д - . 1 .-: .t., рр i.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3411706./18-24 (22) 23.03.82 (46) 07.02.84. Бюл. М 5 (72) В.И. Анисимов, В.A. Добровский, М.В.. Капитонов, Н.Й. Прокопенко и Ю.M. Соколов (71) Шахтинский технологический институт и Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина). (53) 681.335(088.8) (56) 1. Анисимов В.И. и др. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов. М., "Энергия", 1979, с. 114-115, рис. 3-20.

2. Авторское свидетельство СССР .

9 469975, кл. 6 06 G 7/12, 1973 (прототип) . (54)(57) 1. ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий первый и второй усилительные транзисторы, первый повторитель тока, вход которого соединен с коллектором второго усилительного транзистора, выход первого повторителя тока соединен с входом выходного усилителя, между входом и выходом которого включен корректирующий конденсатор, управляемый стабилизатор тока, базы первого и второго усилительных транзисторов являются соот ветственно первым и вторым входами операционного усилителя, первый и второй токозадающие реэйсторы, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй и третий повторители тока, формирователь управляющего тока, причем коллектор первого усилительного транзистора соединен с входом второго повторителя тока, выход второго повторителя тока подключен к входу третьего повторителя тока, выход которого соединен с входом выходного усилителя, дополнительные выходы первого и второго повторителей тока подключены соответст-. венно к первому и второму входам формирователя управляющего тока, выход которого соединен с.входом управляемого стабилизатора тока, выход которого соответственно через первый и второй токоэадающие резисторы подключен к эмиттерам первого и второго усилительных транзисторов.

2. Усилитель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласующие транзисторы, эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым входами формирователя, к коллектору первого согласующего транзистора подключен катод первого отсекающего диода I и первый вывод первого токостабилизирующего двухполюсника, к коллектору второго согласующего транзистора подключен катод второго отсе- С кающего диода и первый вывод второго токостабилизирующего двухполюсника„ аноды первого и второго отсекающих диодов соединены с базой выходного транзистора, эмиттер .которого является выходом формирователя, коллектор выходного транзистора и вторые выводы первого и второго токостабили зирующих двухполюсников подключены к шине питания, базы первого и вто- рого согласующих транзисторов соединены с шиной напряжения смещения.

З.,усилитель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласующие транзис+ торы, первый и второй выходные транзисторы противоположного типа проводимости, базы которых являются соответственно первым и вторым входами формирователя, а коллекторы объединены и являются выходом формирователя, к базам первого и второго выходных транзисторов подключены аноды соответственно первого и вто1072060 рого отсекающих диодов и первые выводы соответственно первого и вто рого токостабилизирующих двухполюсников, эмиттер первого выходного транзистора соединен с эмиттером первого согласующего транзистора, база которого соединена с. базой второго выходного транзистора, змиттер которого подключен к эмиттеру второго согласующего транзистора, Изобретение относится к усилительным устройствам и может быть

I использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известен операционный усилитель, содержащий первый и второй входные транзисторы, соединенные йо дифференциальной схеме, генератор тока, включенный в эмиттерную цепь входных транзисторов, транзисТоры активных нагрузок (1) .

Однако усилитель имеет низкое

- быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является операционный усилитель, содержащий первый и второй усилительные транзисторы, эмитзерм которых подключены к коллектору транзистора генератора тока, эмиттер и база которого через первый и второй токозадающие резисторы подключены к ..20 первой шине питания, коллектор второго усилительного транзистора подсоединен к входу выходного усилителя, между входом и выходом которого включен корректирующий конден- 25 сатор, к базе первого усиЛительного транзистора подключены базы первого и второго дополнительных транзисторов, эмиттеры которых через третий токозадающий резистор подключены к Зо базе второго усилительного транзис» тора (2Д .

Недостаток известноГо опЕрацион ного усилителя заключается в срав, нительно низком быстродействии в об- 35 ласти средних уровней амплитуды входного импульсного сигнала.

Цель изобретения - повышение быстродействия.Поставленная цель достигается 4р тем, что в операционный усилитель„ садержащий первый и второй усилитель. ные транзисторы, первый повторитель тока, вход которого соединен с коллектором второго усилительного транзистора, выход первого повторителя тока соединен с входом выходного уси. лителя, между входом и выходом котобаза которого соединена с базой пер. вого выходного транзистора, коллек-! торы первого и второго согласующих транзисторов и вторые выводы перного и второго токостабилизирующих двухполюсников подключены к шине питания, катоды первого и второго отсекающих диодов соединены с шиной напряжения смещения. рого включен корректирующий конденсатор, управляемый стабилизатор тока, базы первого и второго усилитель.ных транзисторов являются соответственно первым и вторым входами операционного усилителя, первый и второй токоэадающие резисторы, введены второй и третий повторители тока, формирователь управляющего тока, при-. чем коллектор первого усилительного транзистора соединен с входом второго повторителя тока, выход второго повторителя тока подключен к входу третьего повторителя тока, выход которого соединен с входом.выходного усилителя, дополнительные выходы первого и второго повторителей тока подключены соответственно к первому и второму входам формирователя управляющего тока, выход которого соединен с входом управляемого стабилизатора тока, выход которого соответственно через первый и второй токозадающие резисторы подключены к эмиттерам первого и второго усилительных транзисторов.

При этом Формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласующие транзисторы, эмиттеры которых являются .соответственно первым и вторым входами Формирователя, к коллектору .первого согласующего транзистора подключен катод первого отсекающего диода и первый вывод первого токостабилизирующего двухполюсника, к коллектору второго аогла сующего транзистора подключен катод второго отсекающего диода и первый вывод второго токостабилизирующего двухполюсника, аноды первого и второго отсекающих диодов соединены с базой выходного транзистора, эмиттер которого является выходом формирователя, коллектор выходного транзистора:и вторые выводы первого и второго токостабилизирующих двухполюсников подключены к шине питания, ба-. зы первого и второго согласующих 10 7206 0 транзисторов соединены с шиной напряжения смещения.

Кроме того, формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласующие транзисторы, первый и второй выходные транзисторы противоположного типа проводимости, базы которых являются соответственно первым и вторым входами формирователя, а коллекторы объединены и являются выходом формирователя, к базам первого и второго выходных транзисторов подключены аноды соответственно первого и второго отсекающих дио-. дов и первые выводы соответственно первого и второго токостабилизирую-. щих двухполюсников, эмиттер первого выходного транзистора соединен с эмиттером первого согласующего транзистора, база которого соединена с базой второго выходного транзис- 20 тора,. эмиттер которого подключен к эмиттеру второго, согласующего транзистора, база которого соединена с базой первого выходного транзистора, коллекторы первого и вто- 25 рого согласующих транзисторов и вторые выводы первбго и второго токостабилизирующих двухполюсников подключены к шине питания, катоды первого и второго отсекающих диодов. щ() соединены-с шиной напряжения смеще ния .

На фиг. 1-5 изображены функциональные схемы соответственно операционного усилителя, формирователя управляющего тока и ее вариант первого (второго) повторителя тока, третьего повторителя тока.

Усилитель содержит первый и второй усилительные транзисторы 1 и 2., gg .. Управляеьаай стабилизатор 3 тока, первый и второй токозацающие резисторы 4 и 5, первый, второй и третий повторители 6, 7 и 8 тока, выходной усилитель 9, корректирующий кон- 45 денсатор 10, формирователь 11 управ ляющего тока, первый и второй вхо-.- ды 12 и 13,- выход 14 операционного: усилителя, первый и второй соглаоую щие транзисторы 15 и.16, первый,и . втррой отсекающие диоды 17 и 1 8, первый и второй токостабилиэирующке двухполюсники 19,и 20, выходной: транзистор 21, шина 22 напряжения смещения, шина 23 питания, первый и второй входы 24 и 25, выход 26, первый . >>, -и второй выходные транзисторы 27 и.

28, первый и второй согласующие транзисторы 29 и 30,.первый и второй от- секающие диоды 31 и 32, первый и второй токостабилизирующие двухполюс- 60 ники 33 и 34, шина 35 питания, шина

Зб.напряжения смещения, первый и второй входы 37 и 38 и выход 39, отсекающий диод 40, первый и второй ..токозадающие транзисторы 41 и .42, 65 вход 43, выход 44, дополнительный выход 45, отсекающий диод 46, токозадающий транзистор 47, вход 48 и выход 49.

Операционный усилитель работает следующим образом.

В статическом режиме выходной ток формирователя 11 управЛяющего тока близок к нулю, т.е. формирователь при малых входных сигналах.не влияет на работу операционного усилителя и иа его малосигнальные параметры. Коллекторные токи первого и

-второго усилительных транзисторов 1 и 2 передаются через первый и вто рой повторители б и 7 тока, на входы формирователя 11 управляющего тока, а через первый, второй и третий повторители б, 7 и 8 тока вычитаются во входной цепи выходного усилителя 9. Разность коллекторных токов первого и второго усилительных транзисторов 1 и 2, пропорциональ.ная амплитуде входного сигнала (5-10 MB), заряжает корректирующий конденсатор 10 и определяет изменение выходного напряжения операционного усилителя.

По мере. увеличения входного напряжения (10-20 мВ), коллекторный ток первого усилительного транзис-. тора .1 увеличивается, а коллекторный ток второго усилительного транзистора 2 и, следовательно, выходной ток первого повторителя 6 тока уменьшаются. Как только этот ток уменьшится до некоторого заданного уровня, в работу включается второй повторитель 7 тока, его выходной ток начинает изменяться пропорционально разности тока заданного уровня и тока первого повторителя б тока. Это приводит к стабилизации коллекторного тока второго усилительного транзистора 2 и фиксации потенциала на выходе управляющего стабилизатора

3 тока. Как следствие все дальнейшее приращение входного напряжения оказывается приложенным между базой первого усилительного транзистора

1 и выходом управляемого стабилизатора 3 тока. Поэтому коллекторный ток первого усилительного транзистора 1 не ограничивается и получает дальнейшие приращения, пропорциональные входному напряжению до 7В, с учетом величины сопротивле ия первого токозадающего резистора 4.

Приращения коллекторного тока могут so много раз превышать статические уровни выходного тока управляемого стабилизатора 3 тока, что спо,собствует быстрому перезаряду корректирующего конденсатора 10 и повышает быстродействие операционного усилителя.

1072060

Уровень опорного тока, при котором в работу включается формирователь 11 управляющего тока, выбирает. ° ся меньшим половины статического тока управляемого стабилизатора 3 тока.

При большом отрицательном приращении входного напряжения формирователь 11 управляющего тока обеспечивает стабилизацию коллекторно го тока первого усилительного транзистора 1 на уровне опорного тока.

Поэтому все входное напряжение передается на выход управляемого стабилизатора 3 тока и коллекторный

Ток второго усилительного транзистора 2 изменяется пропорционально входному напряжению с учетом величины сопротивления второго токозадающего резистора 5.

В предлагаемом операционном усилителе обеспечивается пропорциональ- ность тока заряда (разряда) коррек- . тирующего конденсатора и входного напряжения и в результате высокое. ,быстродействие операционного усилителя во всем диапазоне (0-7 В) иэ10 менения входного напряжения. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения лежит в пределах

80-120 B/ìêñ.

Таким образом, по сравнению с

15 устройством-прототипом предлагаемый операционный усилитель обладает более высоким быстродействием.

1072060

Составитель О. Отраднов техред л.пилипенко корректор. м. демчик

Редактор A. Kypax

Заказ 128/42 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4