Операционный усилитель

 

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 G 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С В И,ЦЕТЕЛ Ь СТВ У (21) 4706006/24 (22) 15,06.89 (46) 23.03,92. Бюл. N 11 (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР (72) В.С.Годлевский, А.М.Заброда, В,А.Киселев, В.С.Рысин, В.А,Ткаченко и А.С.Чичко (53) 681.335(008.8) (56) Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. М,; Советское радио, 1979, с.129 — 133.

Достал И. Операционные усилители.—

M.: Мир, 1982, с,117, рис.4.4.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и электронике.

Известны трехкаскадные операционные усилители, обеспечивающие высокий коэффициент усиления, большой коэффициент ослабления синфазных сигналов, малое напряжение смещения.

Недостатком таких операционных усилителей являются невысокие показатели устойчивости при емкостной нагрузке, а именно (при определенных значениях емкости конденсаторов нагрузки) высокая вероятность образования выбросов в амплитудно-частотной характеристике усилителей в области высоких частот, существенно превышающих частоту единичного усиления из-за влияния разбросов параметров элементов усилителя

Наиболее близким по технической: сущности к изобрет нию я ляется трехкаскадный операционный усилитель, выполненный по интегральной технологии и содержащий входной дифференциальный

„„. Ж „„1721614 A1

2 (54) ОПЕРАЦИОННЬ)Й УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к усилительным устройствам и м6жет быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, Целью изобретения является повышение точности.

Операционный усилитель содержит входной и промежуточный дифференциальные каскады, оконечный усилительный каскад и корректирующие конденсаторы. Повышение точности достигается за счет коррекции амплитудно-частотной характеристики, обусловливающей подавление высокочастотных составляющих в выходном сигнале. 1 ил, каскад на биполярных п — р-п-транзисторах, промежуточный дифференциальный каскад на биполярных р-п р-транзисторах, оконечный усилительный каскад на биполярных транзисторах с цепями смещения, выходы которого смещены по постоянному току, и выходной двухтактный каскад, Недостатком известного устройства является малый частотный диапазон, внутри которого значения фазовых сдвигов сохраняют допустимые по условиям устойчивости значения. Кроме того, при работе усилителя на определенную емкостную нагрузку (порядка 30-100 пФ) на высоких частотах порядка 18 — 25 МГц в амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) имеют место выбросы, достигающие для многих образцов усилителя единичного значения, что приводит к неустойчивой работе усилителя, поскольку фазовый сдвиг между входным и выходными сигналами в этой области частот превышает 180, и к снижению процента выхода годных изделий при массовом серийном

1721614 производстве усилителей из-за влияния разбросов параметров их элементов.

Такие выбросы в АЧХ обусловлены тем, что совокупность оконечного усилительного каскада и выходного каскада, применяемая в известных устройствам, имеет характеристики В) С-контура, что при определенной величине емкости конденсатора нагрузки приводит к резонанасным явлениям.

Целью изобретения является устранение высокочастотных выбросов амплитудно-частотной характеристики, т.е. подавление высокочастотных составляющих в выходном сигнале, обусловленных самовозбуждением операционного усилителя, что приводит к повышению точности и процента выхода годных изделий при серийном производстве интегральных усилителей.

Указанная цель достигается тем, что операционный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад на первом и втором усилительных транзисторах

n— - р — n-типа, в коллекторной цепи каждого из которых включен резистор нагрузки, а в эмиттерной цепи включен первый генератортока, вторые выводы резисторов нагрузки соединены с первой шиной питания операционного усилителя, к второй шине питания которого подключен второй вывод первого генератора тока, первый корректирующий конденсатор, первая и вторая обкладки которого соединены соответственно с первой шиной питания и коллектором первого усилительного транзистора входного дифференциального каскада, промежуточный дифференциальный каскад на третьем и четвертом усилительных транзисторах р—

n— - р-типа, к коллектору третьего усилительного транзистора подключены коллектор и база первого нагрузочного транзистора n— р-п-типа, база которого соединена с базой второго нагрузочного транзистора, коллектор которого соединен с коллектором четвертого усилительного транзистора, в эмиттерной цепи третьего и четвертого усилительных транзисторов р — ll — р-типа промежуточного дифференциального каскада включен второй генератор тока, второй вывод которого соединен с первой шиной питания, к второй шине питания подключены эмиттеры первого и второго нагрузочных транзисторов, коллекторы первого и второго усилительных транзисторов входного дифференциального каскада подключены к базам соответственно четвертого и третьего усилительных транзисторов промежуточного дифференциального каскада, к коллектору второго усилительного транзистора входного дифференциального каскада подключена первая обкладка второго корректирующего конденсатора, вторая обкладка которого через соединенные последовательно третий корректирующий конденсатор и резистор коррекции подключена к коллектору

5 четвертого усилительного транзистора промежуточного, дифференциального каскада, оконечный усилительный каскад, содержащий эмиттерный повторитель, к эмиттеру которого подключены базы пятого и шес10 того усилительных транзисторов, эмиттеры эмиттерного повторителя, пятого и шестого усилительных транзисторов соответственно через первый, второй и третий токоограничительные резисторы соединены с второй

15 шиной питания, к коллектору пятого усилительного транзистора подключены коллектор эмиттерного повторителя и эмиттер третьего нагрузочного транзистора и-р-птипа, база которого соединена с катодом

20 диода смещения, анод которого соединен с коллектором шестого усилительного транзистор : и с первым выводом третьего генератора тока, второй вывод которого и коллектор третьего нагрузочного транзисто25 ра подключены к первой шине питания, выходной каскад, содержащий седьмой и восьмой усилительные транзисторы, коллектор седьмого усилительного транзистора подключен к первой шине питания, а

30 эмиттер соединен с эмиттером восьмого усилительного транзистора, коллектор которого подключен к второй шине питания, базы первого и второго усилительных транзисторов входного дифференциально35 го каскада являются соответственно первой и второй входными шинами операционного усилителя, вторая обкладка второго корректирующего конденсатора соединена с коллектором шестого усилительного тран40 зистора оконеченого усилительного каскада, коллектор четвертого усилительного транзистора промежуточного дифференциального каскада соединен с базой эмиттерного повторителя оконечного уси45 лительного каскада, коллектор пятого усилительного транзистора оконечного усилительного каскада подключен к базе восьмого усилительного транзистора выходного каскада, эмиттер которого являет50 ся выходом операционного усилителя, дополнительный корректирующий конденсатор, дополнительно содержит четвертый токоограничительный резистор, причем вторая обкладка второго корректирующего

55 конденсатора через дополнительный корректирующий конденсатор соединена. с коллектором четвертого усилительного транзистора промежуточного дифференциального каскада, коллектор шестого усилительного транзистора оконечного уси1721614

30

55 лительного каскада через четвертый токоограничительный резистор соединен с базой седьмого усилительного транзистора выходного каскада.

На чертеже приведена схема предлагаемого операционного усилителя.

Усилитель содержит входной диффе-, ренциальный каскад 1, первый 2 и второй 3 усилительные транзисторы и — р — п-типа, ре/ зисторы 4 и 4 нагрузки, первый генератор 5 тока, промежуточный дифференциальный каскад 7, третий 8 и четвертый 9 усилительные транзисторы р — n — р-типа, первый 10 и второй 11 нагрузочные транзисторы n— - р — птипа, второй генератор 12 тока, оконечный усилительный каскад 16, эмиттерный повторитель 17, пятый 18 и шестой 19 усилительные транзисторы, первый — третий токоограничительные резисторы 20 — 22, третий нагрузочный транзистор 23 и — р-итипа, диод 30 смещения, третий генератор

25 тока, выходной каскад 26, седьмой 27 и восьмой 28 усилительные транзисторы, первый 6, второй 13 и третий 14 корректирующие конденсаторы, резистор 15 коррекции, дополнительный короектирующий конденсатор 29 и четвертый токоограничительный резистор 24.

Дополнительный корректирующий конденсатор 29 и четвертый токоограничительный резистор 24 введены для того, чтобы путем совместного влияния осуществитьдемпфирование резонансного выброса в АЧХ усилителя в области высоких частот, работающего на емкостную нагрузку, и тем самым обеспечить устойчивость усилителя при замыкании его обратной связью.

Усилитель работает следующим образом.

В области низких частот (до частоты единичного усиления) дополнительный корректирующий конденсатор 29 и четвертый токоограничительный резис-.ор 24 практически не влияют на АЧХ и ФЧХ операционного усили.геля, что достигается путем выбора сравнительно малых значений их номиналов по отношению соответственно к емкостл третьего корректирующего конденсатора 14 и входному сопротивлению седьмого усилительного транзистора 27. Однако при этом совместное влияние дополнительного корректирующего конденсатора 29 и четвертого токоограничительного резистора 24 приводит к рассогласованию

RLC-контура и срыву резонанса в выходных каскадах усилителя в области высоких частот, превыщающих более чем на порядок частоту единичного усиления, т,е. к устранению выбросов АЧХ на высоких частотах и к обеспечению условий устойчивости ОУ.

Формула изобретения

Операционный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад на первом и втором усилительных транзисторах

n — р-п-типа, в коллекторной цепи каждого из которых включен резистор нагрузки, в эмиттерной цепи включен первый генератор тока, вторые выводы резисторов нагрузки соединены с первой шиной питания операционного усилителя, к второй шине питания которого подключен второй вывод первого генератора тока, первый корректирующий конденсатор, первая и вторая обкладки которого соединены соответственно с первой шиной питания и коллектором первого усилительного транзистора входного дифференциального каскада, промежуточный дифференциальный каскад на третьем и четвертом усилительных транзисторах р—

n — р-типа, к коллектору третьего усилительного транзистора подключены коллектор и база первого нагрузочного транзистора ир-п-типа, база которого соединена с базой второго нагрузочного транзистора, коллектор которого соединен с коллектором четвертого усилительного транзистора, в эмиттерной цепи третьего и четвертого усилительных транзисторов р — и — р-типа промежуточного дифференциального каскада включен второй генератор тока, второй вь,вод котооого соединен с первой шиной питания, к второй шине питания подключены эмиттеры первого и второго нагрузочных транзисторов, коллекторы первого и второго усилительных транзисторов входного дифференциального каскада подключены к базам соответственно четвертого и третьего усилительных транзисторов промежуточного дифференциального каскада, к коллектору второго усилительного транзистора входного дифференциального каскада подключена первая обкладка второго корректирующего конденсатора, вторая обкладка которого через соединенные последовательно третий корректирующий конденсатор и резистор коррекции подключена к коллектору четвертого усилительного транзистора промежуточного дифференциального каскада, оконе :ый усилительный каскад, содержащий эмиттерный повторитель, к эмиттеру которого подключены базы пятого и шестого усилительных транзисторов, эмиттеры эмиттерного повторителя, пятого и шестого усилительных транзисторов соответственно через первый, второй и третий токоограничительные резисторы соединены с второй шиной питания, к коллектору пятого усилительного транзистора подключены коллектор эмиттерного повторителя и эмиттер третьего

1721614

50 нагрузочного транзистора и-р-и типа, база которого соединена с катодом диода смещения, анод которого соединен с коллектором шестого усилительного транзистора и с первым выводом третьего генератора тока, второй вывод которого и коллектор третьего нагрузочного транзистора подключены к первой шине питания, выходной каскад, содержащий седьмой и восьмой усилительные транзисторы, коллектор седьмого усилительного транзистора подключен к первой шине питания, а змиттер соединен с змиттером восьмого усилительного транзистора, коллектор которого подключен к второй шине питания, базы первого и второго усилительных транзисторов входного дифференциального каскада являются соответственно первой и второй входными шинами операционного усилителя, вторая обкладка второго корректирующего конденсатора соединена с коллектором шестого усилительного транзистора оконечного усилительного каскада, коллектор четвертого усилительного транзистора промежуточного дифференциального каскада соединен с базой змиттерного повторителя оконечного усилительного каскада, коллектор пятого

5 усилительного транзистора оконечного усилительного каскада подключен к базе восьмого усилительного транзистора выходного каскада, змиттер которого является выходом операционного усилителя, дополни10 тельный корректирующий конденсатор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен четвертый токоограничительный резистор, причем вторая обкладка второго корректи15 рующего конденсатора через дополнительный корректирующий конденсатор соединена .с коллектором четвертого усилительного транзистора промежуточного дифференциального каскада, коллектор

20 шестого усилительного транзистора оконечного усилительного каскада через четвертый токоограничительный резистор соединен с базой седьмого усилительного транзистора выходного каскада.

1721614

Составитель В. Годлевский

Техред М.Моргентал Корректор М. Шароши

Редактор И.Шмакова

Заказ 954 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производстве .но-изда тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101