Дифференциальный усилитель

 

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ по авт.св. № 764100, кл. отличающийся тем, что, с целью уменьшения напряжения смещения нуля, четвертый генератор тока выполнен на первом, втором, третьем, четвертом, пятом транзисторах, имеющих один тип проводимости, и на шестом, седьмом, восьмом транзисторах; имеющих другой тип проводимости, на первом, втором, третьем, четвертом и пятом резисторах и первом источнике напряжения смещения , при этом эмиттер первого транзистора подключен к коллектору третьего транзистора и через первый резистор - к объединенным базам второго и третьего и коллектору четвертого транзистора, база первого транзистора подключена к коллектору второго транзистора и через второй резистор - к соответствующей шине источника питания, коллектор первого транзистора подключен к объединенным коллектору восьмого и базе шестого транзисторов, объединенные соответственно база и эмиттер которых являются первым выходом четвертого генератора тока, причем эмиттер восьмого транзистора соединен с соответствующей шиной источника питания, а коллектор шестого транзистора - с общей шиной , база четвертого транзистора подключена к эмиттерам второго транзистора и транзисторов выходного каскада и через первый источник напряжения смещения - к общей шине, эмиттер четвертого транзистора через третий резистор подключен к эмиттеру третьего транзистора, а через четвертый резистор - к эмиттеру седьмого и коллектору пятого транзисторов, объединенные соответственно коллектор , и база которых являются вторым выходом четвертого генератора тока, при этом база седьмого транзистора соединена с общей шиной, а эмиттер пятого транзистора через пятый резисторс соответствующей шиной источника питания , а также введены первый,второй,тре (/) а также введены первый, второй, треС тий и четвертый дополнительные транзисторы , включенные по схеме с общим коллектором, токоразностный каскад, второй, третий и четвертый источники напряжения смещения, прямосмещенный диод, шестой, седьмой, восьмой и 00 00 девятый резисторы, при этом базы первого и второго дополнительных транзисторов подключены соответственее но к коллекторам транзисторов выход4 ного каскада, эмиттер первого дополнительного транзистора соединен через второй источник напряжения смещения с инвертирующим входом токоразностно го каскада и через шестой резистор с общей шиной, эмиттер второго дополнительного транзистора через последовательно соединенные третий источник напряжения смещения прямосмещенный диод и седьмой резистор соединен с общей шиной, причем точка соединения прямосмещенного диода и седьмого резистора подключена к неинвертирующе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А,.SU„, 0 341

Н 03 Р 3/45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 764100 (21) 3369046/18-09 (22) 15. 12.81 (46) 30. 03. 84. Бюл. Ф 12 (72) А.В.Листов, Ю.Н.Мишин и Ю.Б.Рогаткин (53) 621.375.024(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 764100, кл. Н 03 F 3/45, 30.09.77 (прототип). (54) (57) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ по авт.св. 9 764100, кл. о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения напряжения смещения нуля, четвертый генератор тока выполнен на первом, втором, третьем, четвертом, пятом транзисторах, имеющих один тип проводимости, и на шестом, седьмом, восьмом транзисторах," имеющих другой тип проводимости, на первом, втором, третьем, четвертом и пятом резисторах и первом источнике напряжения смещения, при этом эмиттер первого транзистора подключен к коллектору третьего транзистора и через первый резистор — к объединенным базам второго и третьего и коллектору четвертого транзистора, база первого транзистора подключена к коллектору второго транзистора и через второй резистор — к соответствующей шине источника питания, коллектор первого транзистора подключен к объединенным коллектору восьмого и базе шестого транзисторов, объединенные соответственно база и эмиттер которых являются первым выходом четвертого генег ратора тока, причем эмиттер восьмого транзистора соединен с соответствующей шиной источника питания, а коллектор шестого транзистора — с общей шиной, база четвертого транзистора подключена к эмиттерам второго транзистора и транзисторов выходного каскада и через первый источник напряжения смещения — к общей шине, эмиттер четвертого транзистора через третий резистор подключен к эмиттеру третьего транзистора, а через четвертый резистор — к эмиттеру седьмого и коллектору пятого транзисторов, объединенные соответственно коллектор. и база которых являются вторым выходом четвертого генератора тока, при этом база седьмого транзистора соединена с общей шиной, а эмиттер пятого транзистора через пятый резистор- с соответствующей шиной источника пита- @ ния, а также введены первый, второй, тр еа также введены первый, второй, третий и четвертый дополнительные тран- С зисторы, включенные по схеме с общим коллектором, токоразностный каскад, второй, третий и четвертый источники напряжения смещения, прямосмещенный диод, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, при этом базы 00 первого и второго дополнительных САР транзисторов подключены соответствен- (Ф но к коллекторам транзисторов выход- фЬ ного каскада, эмиттер первого допол- рвы нительного транзистора соединен через второй источник напряжения смещения с ннвертирующим входом токоразностно. го каскада и через шестой резистор— с общей шиной, эмиттер второго дополнительного транзистора через последовательно соединенные третий источник напряжения смещения„прямосмещенный диод и седьмой резистор соединен с общей шиной, причем точка соединения прямосмещенного диода и седьмого резистора подключена к неинвертирующе!

083341 му входу токоразностного каскада, выход токоразностного каскада через восьмой резистор соединен с эмиттером третьего дополнительного транзистора, база которого соединена с базой первого транзистора четвертого генератора тока и непосредственно с базой четвертого дополнительного транзисто1

Изобретение относится к усилительной технике и может использоваться в качестве микросхемы широкополосных усилителей.

По основному авт.св. - 764100

5 известен дифференциальный усилитель, содержащий источник питания, входной дифференциальный каскад на транзисторах с первым генератором тока на транзисторе в общей эмиттерной цепи 10 и выходные каскады на транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером. причем коллектор транзистора каждого плеча входного дифференциального кас када соединен непосредственно с ба- 15 зой, а через резистор — с коллектором транзистора соответствующего выходного каскада, между соответствующей шиной источника питания и коллектором транзистора каждого выходного 20 каскада включенй соответственно второй и третий генераторы тока на транзисторах, базы которых объединены и через четвертый генератор тока соединены с базой транзистора первого re- 25 нератора тока (1 $

Недостатком известного устройства является большое напряжение смещения, обусловленное большим сдвигом выходного потенциального уровня. 30

Цель изобретения — уменьшение напряжения смещеяия нуля.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе, со35 держащем источник питания, входной дифференциальный каскад на транзисторах с первым генератором тока на транзисторе в общей эмиттерной цепи и выходные каскады на транзисторах, вклю- 40 ченных по схеме с общим эмиттером, причем коллектор транзистора каждого плеча входного дифференциального касра, эмиттер которого через последовательно соединенные четвертый источник напряжения смещения и девятый резистор, точка соединения которых является выходом дифференциального усилителя, подключен к соответствующей шине источника питания. када соединен непосредственно с базой, а через резистор — с коллектором транзистора соответствующего выходного каскада, между соответствующей шиной источника питания и коллектором транзистора каждого выходного каскада включены соответственно второй и третий генераторы тока на транзисторах, базы которых объединены и через четвертый генератор тока соединены с базой транзистора первого генератора тока, четвертый генератор тока выполнен на первом, втором, третьем, четвертом и пятом транзисторах, имеющих один тип проводимости, и на шестом, седьмом, восьмом транзисторах, имеющих другой тип проводимости, на первом, втором, третьем, четвертом и пятом резисторах и первом источнике напряжения смещения, при этом эмиттер первого транзистора подключен к коллектору третьего транзистора и через первый резистор — к объединенным базам второго и третьего и коллектору четвертого транзисторов, база первого транзистора подключена к коллектору второго транзистора и через второй резистор — к соответствующей шине источника питания, коллектор первого транзистора подключен к объединенным коллектору восьмого и базе шестого транзисторов, объединенные соответственно база и эмиттер которых являются пером выходом четвертого генератора тока, причем эмиттер восьмого транзистора соединен с соответствующей шиной источника питания, а коллектор шестого транзистора — с общей шиной, база четвертого транзистора подключена к эмиттерам второго транзистора и транзисторов выходного каска-: да и через первый источник напряжения смещения — к общей шине, эмиттер чет3 1083 вертого транзистора через третий резистор подключен к эмиттеру третьего транзистора, а через четвертый резистор — к эмиттеру седьмого и коллектору пятого транзисторов, объединенные соответственно коллектор и база кото5 рых являются вторым выходом четвертого генератора тока, при этом база седьмого транзистора соединена с общей шиной, а эмиттер пятого транзис10 тора через пятый резистор — с соответствующей шиной источника питания, а также введены первый, второй, третий и четвертый дополнительные транзисторы, включенные по схеме с общим

15 коллектором, токоразностный каскад, второй, третий и четвертый источники напряжения смещения, прямосмещенный диод, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, при этом базы первого и второго дополнительных транзисторов

20 подключены соответственно к коллекторам транзисторов выходного каскада, эмиттер первого дополнительного транзистора соединен через второй источ25 ник напряжения смещения с инвертирующим входом токоразностного каскада и через шестой резистор — с общей шиной, эмиттер второго дополнительного транзистора через последовательно соеди-. ненные третий источник напряжения смещения, прямосмещенный диод и седьмой резистор соединен с общей шиной, причем точка соединения прямосмещенного диода и седьмого резистора подключена к неинвертирующему входу токораз- З5 ностного каскада, выход токоразностного каскада через восьмой резистор соединен с эмиттером третьего дополнительного транзистора, база которого соединена с базой первого транзистора40 четвертого генератора тока и непосредственйо — с базой четвертого дополнительного транзистора, эмиттер которого через последовательно соединенные четвертый источник напряжения 45 смещения и девятый резистор, точка соединения которых является выходом дифференциального усилителя, подключен к соответствующей шине источника питания. 50

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад 55 на транзисторах 1 и ? с первым генератором 3 тока в общей эмиттерной цепи, выходные каскады на транзисторах

341

4 и 5, включенных по схеме с общим эмиттером, причем коллекторы транзисторов 1 и 2 соединены с базами транзисторов 4 и 5, а через резисторы 6 и

7 — с коллекторами транзисторов 4 и

5 соответственно, шину 8 источника питания, второй и третий генераторы тока на транзисторах 9 и 10, которые включены между коллекторами транзисторов 4 и 5 и шиной 8 источника питания соответственно, четвертый генератор

11 тока, включенный между объединенными базами транзисторов 9 и 10 и базой транзистора первого генератора 3 тока, при этом четвертый генератор 11 тока выполнен на первом, втором, третьем, четвертом, пятом транзисторах

12-16, имеющих один тип проводимости, и на шестом, седьмом, восьмом транзисторах 17-19, имеющих другой тип проводимости, на первом, втором, третьем, четвертом и пятом резисторах

20-24 и первом источнике 25 напряжения смещения, а также первый, второй, третий, четвертый дополнительные транзисторы 26-29, включенные по схеме с. общим коллектором, токоразностный каскад 30, второй, третий, четвертый источники 31-33 напряжения смещения, прямосмещенный диод 34, шестой, седьмой, восьмой девятый резисторы 35-38.

Дифференциальный усилитель работает следующим образом.

При подаче входного сигнала один из транзисторов 1,2 входного дифференциального каскада закрывается, а другой открывается. На коллекторах транзисторов 4,5 выходных каскадов формируются потенциалы, величина которых фиксирована относительно потенциала нулевой шины.

Для выполнения условия работоспособности дифференциального усилителя необходимо во всем рабочем диапазоне обеспечить величину токов генераторов токов на транзисторах 9 и 10, соединенных с коллекторами транзисторов 4 и 5, несколько большей величины, чем ток генератора 3 тока, что достигается посредством связи через четвертый генератор 11 тока. Таким образом, разности коллекторных токов транзисторов 1и 9, 2 и 10, которые определяют минимальный ток коллекторов соответствующих транзисторов 4 и

5 выходных каскадов, остаются неизменными во всем рабочем диапазоне дифференциального усилителя, что, в свою

1083341 очередь, позволяет минимизировать потребляемую им мощности.

Поскольку генератор 11 тока вырабатывает ток -31, который однознач11 но определяет ток генераторов тока на транзисторах 9, 10 и генератора И К о

3 тока, то предположим, что 1„? =?

13,где 2 1, ?.1, Ig T0KH соответственно генераторов тока на транзисторах 9, 10 и IЪнератора 3 тока. 10

Тогда токи транзисторов 4 и 5 выходных каскадов равны 3 = 35 — -" 3 „

При подаче на вход дифферейциального усилителя нулевого входного сигнала потенциалы коллекторов транзис- 15 торов 4 и 5 выходных каскадов (U +, U<>) соответственно равны

9 о34 А 25

= — P7+U + Uä

k5 2 оз5

Считая, что напряжения на всех эмиттерных переходах транзисторов и прямосмещенном диоде 34 равны между .собой, а также равны между собой и напряжения первого, второго, третьего четвертого источников 25-33 напряжения смещения, с учетом выраже- З0 ния (1) можно сделать вывод, что ц,. у 3 — — с (2)

« и R6

К4 К5 2Ь 27 2 R35 откуда

Сдвиг выходного потенциального уровня определяется потенциалом базы третьего дополнительного транзистора

28 лФ () о " Ч2 "бзик "Р 2 "бз р "д3335 где Э2, Э .1 — токи соответственно первого и второго дополнительных транзисторов 26 и 27.

Упомянутые равенства легко обеспе-® чить соответствующим выбором площадей переходов в микросхеме предлагаемого дифференциального усилителя при заданных -токах.

Определим ток, протекающий через 45 токоразностный каскад 30

Э Р35=0 +(Э „+3 )R36

=О +u +U +u -u -u

425 зц gled зц цу р У

-U -О х0

5э.И *33 Р20 РЛ7 где UR — падение напряжения на соответствующем резисторе.

Для того, чтобы Ов,„. -О необходи» мо

"Р20 ="НЗ7 (31

Запишем выражение (3) в развернутом виде

313 6ÈÕ бИ

UR =ЗЮР2 = З„„Р22 R20

0 R2O=U "-Э Р37= Р37 х бэВ

1 922 ) R97 ЗО

0 R37

Р6 (ЯЭ5,, . () Р35 i R36 / R36

Как следует из выражения (4), при выполнении следующих условий

R20 R37 Р37 Р6 (R35 (5)

R22 R36 2 R35 4 836 выходной потенциал при нулевом входном сигнале будет также нулевым,т.е.

Условие (S) легко выдерживать во всем рабочем диапазоне. При изготовлении дифференциального усилителя в виде монолитной микросхемы следует также ожидать хорошей повторяемости результатов, так как отношение сопротивлений резисторов поддерживается с большой точностью (О,S-2Ж). Кроме обеспечения нуля на выходе дополнительно введенный токоразностный каскад 30 способствует увеличению общего коэффициента усиления по напряжению, что ведет к еще большему уменьшению напряжения смещения.

В дифференциальном усилителе четвертый генератор 11 тока выполнен таким образом, чтобы при В (коэффи циент передачи тока базы транзисторов) р-и-р транзисторов даже порядка нескольких единиц зависимость 3

Э, Э„ = Е (Э„„) была однозначной, при этом предполагалось, что В >) 1.

OPIA

Условие независимости выходного уровня от 5 транзисторов вплоть до В р„р 1 особенно важно при изготовлении дифференциального усилителя в виде монолитной микросхемы с ис1083341

Выход

Составитель И.Водяхина

Редактор А.Курах Техред Ж.Кастелевич

Корректор А.ГРиценко

Заказ 3465 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 пользованием боковых р-ri-р транзисторов.

Добавление новых злементов и связей способствует существенному усовершенствованию дифференциального усилителя. Полученное напряжение сдвига выходного потенциального уровня порядка нескольких десятков милливольт, приведенное к входу, оказывает в несколько десятков раз меньше, чем у известного дифференциального усилителя.