Операционный усилитель
Изобретение относится к усилительным устройствам. Цель изобретения - увеличение диапазона синфазного входного напряжения. Операционный усилитель, имеющий дифференциальный вход и выход, содержит входной дифференциальный каскад 1, содержащий генератор тока 2, первый и второй P-канальные транзисторы 3, 4, N-канальные транзисторы 5, 6 первой динамической нагрузки, дополнительный входной дифференциальный каскад 7, содержащий генератор тока 8, N-канальные 9, 10 и P-канальные транзисторы 11 и 12 второй динамической нагрузки, второй дополнительный каскад 13, содержащий P-канальные транзисторы 14 и 15, первый дополнительный каскад 16, содержащий N-канальные транзисторы 17 и 18, усилитель синфазного напряжения /УСН/ 19, содержащий генераторы тока 20 и 21, третий и четвертый P-канальные транзисторы 22 и 23, пятый и шестой P-канальные транзисторы 24 и 25 первого и второго дифференциальных каскадов соответственно, дополнительный N-канальный транзистор 26. Благодаря действию отрицательной обратной связи по синфазному выходному напряжению, в которую включен УСН 19, изменение выходного синфазного напряжения, которое имело бы место при отсутствии отрицательной обратной связи по выходному синфазному напряжению, будет подавлено. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 F 3/45 3/16
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, (б
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752150/09 (22) 19.10,89 (46) 23.08,91, Бюл. М 31 (71) Новосибирский электротехнический институт связи им. Н.Д.Псурцева (72) Д,Л,Шлемин (53) 621,375.024(088.8) (56) Патент США hh 4573020, кл. Н 03 F 3/16, кл, Н 03 F 3/45, 1986. (54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к усилительным устройствам. Цель изобретения — увеличение диапазона синфазного входного напряжения. Операционный усилитель, имеющий дифференциальный вход и выход, содержит входной дифференциальный каскад 1, содержащий генератор тока 2, первый и второй р-канальные транзисторы 3, 4. и-канальные транзисторы 5, 6 первой динамической нагрузки, дополнительный входной дифференциальный каскад 7, соИзобретение относится к усилительным устройствам и предназначено для использования в усилителях различного назначения, которые являются элементами аналоговых и аналого-цифровых систем в интегральном исполнении на полевых транзисторах.
Цель изобретения — увеличение диапазона синфаэного входного напряжения.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема операционного усилителя.
Операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад f, содержащий генератор тока 2, первый и!
Ы 1672554 А1 держащий генератор тока 8, и-канальные 9, 10 и р-канальные транзисторы 11 и 12 второй динамической нагрузки, второй дополнительный каскад 13, содержащий р-канальные транзисторы 14 и 15, первый дополнительный каскад 16, содержащий иканальные транзисторы 17 и 18, усилитель синфаэного напряжения (УСН) 19, содержащий генераторы тока 20 и 21, третий и четвертый р-канальные транзисторы 22 и 23, пятый и шестой P-канальные транзисторы
24 и 25 первого и второго дифференциальных каскадов соответственно, дополнительный и-канальный транзистор 26. Благодаря действию отрицательной обратной связи по синфазному выходному напряжению, в которую включен УСН 19, изменение выходного синфаэного напряжения, которое имело бы место при отсутствии отрицательнои обратной связи по выходному синфазному напряжению, будет подавлено. 1 ил. вторы о-каналь» е транзисторы 3 и 4, п-канальные транэис, ы 5 и 6 первой динамической нагрузки, дополнительный входной дифференциальный каскад 7, содер кащий генератор тока 8, и-канальные транзисторы, 9 и 10, р-канальные транзисторы 11 и 12 второй динамической нагрузки, второй до- полнительный каскад 13, содержащий р-ка-. нальные транзисторы 14 и 15, первый дополнительный каскад 16, содержащий иканальные транзисторы 17 и 18, усилитель
19 синфаэного напряжения, содержащий енераторы тока 20 и 21, третий и четвертый р-канальные транзисторы 22 и 23, пятый и шестой р-канальные транзисторы 24 и 25 первого и второго дифференциальных кас1672554 кадов соответственно, дополнительный иканальный транзистор 26.
Операционный усилитель работает следующим образом.
К входам операционного усилителя прикладывается входное напряжение, которое в общем случае имеет дифференциальную и синфаэную компоненту. Когда синфазная компонента входного напряжения находится в диапазоне
Uss + Онас.8 + Опф,n + Unac.10 < Usx.ñèíô.<
< Одд — !Опас 2 I - !1-!нас.4.I — !Опф.pl, Где Онас 2 — напряжение насыщения I-Го транзистора;
Uss — напряжение на отрицательной шине питания;
Опф и — пороговое напряжение и-канальных транзисторов;
Одд — напряжение на положительной шине питания;
Опор и noporoBoe напряжение р-канальных транзисторов, все транзисторы обоих входных дифференциальных каскадов находятся в режиме насыщения, Следовательно, оба входных дифференциальных каскада усиливают входное напряжение. Суммирование и усиление выходных напряжений входных дифферен циал ьн ых каскадов . осуществляется первым и вторым дополнительными каскадами 13 и 16.
Таким образом, усиленное входное напряжение появляется на выходах устройства Это напряжение подается на вход усилителя синфазного напряжения (YCH)
19, Выходное напряжение УСН подается на затворы транзисторов 5 и 6 первой динамической нагрузки входного дифференциально о каскада 1,.Таким образом, усилитель оказывается охваченным отрицательной обратной связи по синфазному выходному на пряжению, Функционирование ООС по синфазному выходному напряжению приводит к тому, что величина выходного синфаэного напряжения устанавливается равной с точностью до ndëðÿæåíèÿ см:щения YCH напряжению на выводе УСН. соединенного с затворами пятого и четвертого транзисторов 23 и 24. Когда синфазная компонента входного напряжения удовлетворяет условиям, определяемым системой неравенств
USS + Онас.5 Опф р !< Овх.синф < USS +
+ Онас.й + Онас.10 + Опор.п
ОДД IUNac.12 I + Опф.n Usx.ñèíô, > ОДД
I Онас.2 I Опор.р I Онас.4 I, (2) транзисторы дифференциальной пары и генератора тока одного из входных дифференциальных каскадов не будут находиться в режиме насыщения, и, следовательно, не
55 дают вклад в усиление входного напряжения. Например, если имеет место первое неравенство системы (2), то транзисторы дифференциальной пары и генератора тока дополнительного входного дифференциального каскада 7 будут в ненасыщенном режиме. Если (2) выполняется, то изменяются рабочие токи в режиме молчания каскадов
13 и 16, Например, если имеет место первое неравенство системы (1), то часть тока покоя транзисторов 11 и 12, которая протекает через транзисторы 9 и 10 в случае выполнения (2), будет протекать через транзисторы
17, 18, 15, 14, увеличивая их ток покоя. Однако благодаря действию ООС по синфазному выходному напряжению, в которую включен УСН 19, изменение выходного синфаэного напряжения, которое имело бы место при отсутствии ООС по выходному синфаэному напряжению, будет подавлено, Таким образом, функционирование предлагаемого устройства будет сохраняться в диапазоне синфазных напряжений:
Uss+ Онас.5 Unop p I < Usx.ñèíô. < 0ДД—
I Unac.2 + Опор,n (3)
Неравенство(3) вытекает иэ условий работы всех транзисторов хотя бы одного входного дифференциального каскада в режиме насыщения.
Положительный эффект предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается в большем диапазоне синфазных входных напряжений.
Формула изобретения
Операционный усилитель, имеющий дифференциальный вход и выход, содержащий входной дифференциальный каскад, выполненный на первом и втором р-канальных транзисторах, с генератором тока, выполненном на р-транзисторе, затвор которого соединен с первой положительной шиной опорного напряжения, причем затвор первого р-канального транзистора является инвертирующим входом устройства, затвор второго р-канального транзистора— неинвертирующим входом устройства, а цепи их стоков соединены со стоками первого и второго п-канальных транзисторов первой динамической нагрузки соответственно, истоки которых подключены к отрицательной шине питания, а затворы обьединены, усилитель синфазного напряжения, выполненный на первом и втором дифференциальных каскадах, образованных третьим и четвертым р-канальными транзисторами, с генератором тока, выполненным на р-канальном транзисторе, и пятым и шес1ым р-канальными транзисторами с генератором тока, выполненным на р-канальном транзисторе
1672554
Составитель Н.Дубровская
Техред М.Морге тал Корректоо Т,Малец
Редактор О.Стенина
Заказ 2846 Тираж 448 Подписное
ВНИЛПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, ж-35. Раушская наб., 4/5
Производственн<.-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 соответственно, при этом затворы р-канальных транзисторов генераторов тока соединены с первой положительной шиной опорного напряжения, затвор третьего р-канального транзистора является инвертирующим, а затвор шестого р-канального транзистора — неинвертирующими выходами устройства соответственно, затворы четвертого и пятого р-канальных транзисторов объединены и подключены к шине напряжения, равного требуемому синфазному напряжению, стоки четвертого и пятого р-канальных транзисторов объединены и подключены к стоку дополнительного п-канального транзистора, являющегося выходом усилителя синфазного напряжения, соединенного с его затвором, и подключенного к объединенным затворам п-канальных транзисторов первой динамической нагрузки а исток седьмого р-канального транзистора и стоки третьего и шестого р-канальных транзисторов соединены с отрицательной шиной питания, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения диапазона синфаэного входного напряжения, введены дополнительный входной дифференциальный каскад, выполненный на и-канальных транзисторах, затворы которых объединены с затворами р-канальных транзисторов входного дифференциального каскада, а в цепи стоков введены р-канальные транзисторы второй динамической нагрузки, истоки которых подключены к положительной шине питания, затворы объединены и подключены к первой поло5 жительной шине опорного напряжения, с генератором тока, выполненным на и-канальном транзисторе, затвор которого соединен с первой отрицательной шиной опорного напряжения, а также введены пер10 вый и второй дополнительные каскады, при этом первый дополнительный каскад выполнен на двух р-канальных транзисторах, включенных по схеме с общим затвором, затворы которых объединены и подключены
15 к второй положительной шине опорного напряжения, истоки соединены со стоками р-канальных транзисторов второй динамической нагрузки соответственно, а стоки соединены с затворами третьего и шестого
20 р-канальных транзисторов усилителя синфазного напряжения соответственно, второй дополнительный каскад выполнен на двух п-канальных транзисторах, выполненных по схеме с общим затвором, затворы
25 которых объединены и подключены к второй отрицательной шине опорного напряжения, истоки соединены со стоками и-канальных транзисторов первой динамической нагрузки соответственно, а стоки — со стока30 ми р-канальных транзисторов первого дополнительного каскада соответственно.
