Операционный усилитель

 

Взамен ранее изпапногп

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО(4ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (бо 4 Н 03 F 3/45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ I (2)) 3791320/24-09 (22) 20,09,84 (46) 23.07.88. Бюл. У 27 (71) Научно-исследовательский институт электронной .интроснопии при

Томском политехническом институте (72) В.Я. Грошев (53) 621.375,024 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .. Р 1259472, кл. Н 03 F 3/45, 1983, (54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИПИТЕЛЬ, (57) Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов с высоким быстродействием. Цель иэобретенияповышение быстродействия и расширение полосы частот. Операционный усилитель содержит входной дифференци альный каскад I, первый повторитель

2„тока, промежуточный каскад 3, пер„„SU„, 1283946 А 1 вый транзистор 4, второй транзистор

5, третий транзистор 6, четвертый транзистор 7, пятый транзистор 8, шестой транзистор 9, двухтактный выходной каскад 10, усилитель ll тока, седьмой транзистор 12, восьмой транзистор 13, второй повторитель 14 тока, четвертый резистор 15, второй резистор 16, третий резистор 17, диод 18 и токозадающий элемент 19, На малом сигнале структура операционного усилителя представляет собой два параллельных канала с существенно различными амплитудно-частотными характеристиками. Недостаточно высокое

„.усилие высокочастотного канала на постоянном токе компенсируется низкочастотным каналом. При объединении обоих каналов удается одновременно обеспечить высокий коэффициент усиления на постоянном токе и высокую частоту единичного усиления. 1 ил.

1283946

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов с высо5 ким быстродействием, Цель изобретения — повьппение быстродействия и расширение полосы частот.

На чертеже представлена принципи- 10 альная электрическая схема операционного усилителя.

Операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад 1, первый повторитель 2 тока, промежу- 15 точный каскад 3, первый транзчстор

4, второй транзистор 5, третий транзистор 6, четвертый транзистор 7, пятый транзистор 8> шестой транзистор 9, двухтактный выходной каскад 20

10, усилитель 11 тока, седьмой транзистор 12, восьмой транзистор 13, второй повторитель 14 тока, четвертый резистор 15, второй резистор 16, ретий резист задающий элемент 19.

Операционный усилитель (ОУ) работает следуюпрщ образо1ч.

На малом сигнале структура ОУ представляет собой два параллельных канала с суще. твенно различными амплитудно-частотными характеристиками (ЛЧХ). Второй повторитель 14 тока, пятый и шестой транзисторы 8, 9 промежуточного каскада 3 образуют 35 высокочастотный (ВЧ) канал ОУ.

Шестой транзистор 9 промежуточного каскада 3, осуществлякпций передачу тока в ВЧ .канале усилителя, включен по схеме с общей базой, что обес — 10 печивает его предельную широкополосность, Используемая структура ВЧ канала обеспечивает высокое значение частоты единичного усиления, определяемое лишь крутизной и емкостью, 45 приведенной к выходу промежуточного каскада 3. При этом результирующая

АЧХ ВЧ канала имеет один полюс и он обычно является абсолютно устойчивым во всей полосе усиливаемых частот.

Однако усиление ВЧ канала на постоянном токе невелико и при токах смещения во входном и промежуточном каскадах на уровне одного миллиампера не превьппает /1-3/ 10

Недостаточно выеокое усиление ВЧ канала на постоянном токе компенсируется низкочастотным (НЧ) каналом, образованным транзисторами входного 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 усиления НЧ канала на низких частотах существенно превышает коэффициент усиления ВЧ канала.

Однако результирующая АЧХ НЧ канала имеет два полюса, а поэтому для обеспечения устойчивости обособленного НЧ канала, охваченного глубокой обратной отрицательной связью, необходима корректирующая цепь.

При объединении обоих каналов удается одновременно обеспечить высокий коэффициент усиления на постоянном токе и высокую частоту единичного усиления.

При использовании достаточно высокочастотных р-п-р транзисторов в ВЧ канале предлагаемый ОУ не нуждается в цепях коррекции. Кроме того, структура каскадов предлагаемого устройства исключает чередование нулей и полюсов на результирующей АЧХ, определяя тем самым его хорошие переходные характеристики и малое время установления. При этом ОУ обладает ., широкой полосой усиления и хорошими импульсными характеристиками, причем выброс вершины передаваемого импульса при включении ОУ со 1003 обратной связью определяется в основном емкостными помехами, проникающими через паразитные емкости входного дифференциального каскада на выход усилителя, и нелинейными эффектами в его структуре.

Отсутствие влияния емкостных эф-. фектов входного дифференциального каскада 1 на выходной ток усилителя

11 определяется подключением 6as седьмого и восьмого транзисторов 12

13 к точкам, которые для емкостных помех являются синфазными, Независимость коэффициента усиления усилителя 11 от величины начального тока отличает его от известных устройств, используемых для аналогичных целей, коэффициент усиления по току которых всегда связан с величиной начального

1 тока, при этом обеспечение высокой скорости нарастания всегда сопровождается ухудшением экономичности.

Такая особенность работы усилителя

ll тока обусловлена установкой чет1283946 вертого, второго и третьего резисторов 15-17 в промежуточном каскаде 3.

Сопротивление этих резисторов составляет десятки Ом, и они не оказывают практически Йикакого влияния на часToтно-усилительные характеристики промежуточного каскада 3.

Для предотвращения насыщения восьмого транзистора 13 при ограничении 1р на отрицательных полуволнах сигнала установлен диод 18.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Операционный усилитель содержащий входной дифференциальный каскад с двумя симметричными входами, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу и выходу первого повторителя тока, об- 2р щий вывод которого соединен с первой шиной питания, промежуточный каскад, первый вход которого соединен с входом первого повторителя тока, а второй вход — с вторым выходом входного 25 дифференциального каскада, выполненный на первом и втором транзисторах одного типа проводимости, базы которых являются соответственно первым и вторым входами промежуточного кас- gp када, а. коллекторы объединены и подключены к первой шине питания, третьем и четвертом транзисторах противоположного типа проводимости, эмиттеры которых соединены соответственно с эмиттерами первого и второго транзисторов, а базы объединены и подключены к коллектору четвертого транзистора, пятом и шестом транзисторах, проводимость которых совпадает с 40 проводимостью первого и второго транзисторов, базы пятого и .шестого транзисторов объединены с коллектором пятого транзистора и соединены через токозадающий элемент с базой четвер- 45 того транзистора, при этом объединенные коллекторы третьего и шестого транзисторов являются выходом промежуточного каскада, и усилитель мощности, содеРжащий двухтактный выходной каскад на комплементарных биполярных транзисторах с цепью напряжения смещения между их базами, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьпиения быстродействия и расширения полосы частот, в него введены два диода, пять резисторов, второй повторитель тока, общий вывод которого соединен с второй шиной питания, предвыходной каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором, и источник тока смещения, при этом входной каскад имеет третий и четвертый выходы, под. ключенные соответственно к входу и выходу второго повторителя тока, между первым выходом входного каскада и входом первого повторителя тока включен первый резистор, а между первщм и вторым выходами входного каскада — прямосмещенный диод, промежуточный каскад выполнен с третьим и четвертым входами, которыми являются эмиттеры пятого и шестого транзисторов, подключенные соответствен- . но 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 пятый резистор, источник тока смещения предварительного усилителя выполнен в виде усилителя тока на седьмом и восьмом транзисторах взаимно противоположного типа проводимости, эмиттеры которых объединены, при этом коллектор седьмого транзистора подключен к первой шине питания, его база соединена с базой первого транзистора, база восьмого транзистора соединена с коллектором четвертого транзистора, а коллектор восьмого транзистора подключен через источник напряжения смещения к эмиттеру транзистора предварительного усилителя мощности, база которого подключена к коллектору шестого транзистора, а коллектор — к второй шине питания, между базой четвертого транзистора и коллектором восьмого транзистора включен прямосмещенный диод.

128394б

Составитель В. Миронов

Редактор С.Рекова Техред Л.Олийнык Корректор В, Гирняк

Заказ 3844

Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Произвсдственно-полиграфическое предприятие, r. ужгород, ул. Проектная, 4