Дифференциальный операционный усилитель



Дифференциальный операционный усилитель
Дифференциальный операционный усилитель
Дифференциальный операционный усилитель
Дифференциальный операционный усилитель
Дифференциальный операционный усилитель
Дифференциальный операционный усилитель
Дифференциальный операционный усилитель
Дифференциальный операционный усилитель

 


Владельцы патента RU 2412533:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями э.д.с. смещения нуля). Технический результат: уменьшение абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа. Дифференциальный операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, токовое зеркало (4), вход которого связан с первым (2) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), а выход соединен с базой входного транзистора (Т) (5) буферного усилителя (6), первый (7) токостабилизирующий двухполюсник (ТД). В схему введены первый (8) и второй (9) дополнительные Т, база первого Т (8) соединена со входом токового зеркала (4), коллектор связан с шиной источника питания (10), эмиттер подключен ко второму (3) токовому выходу входного дифференциального каскада (1), а коллектор второго Т (9) соединен с выходом токового зеркала (4), эмиттер связан с первым ТД (7), а база подключена к эмиттеру входного Т (5) буферного усилителя (6), а также выходу устройства и второму (11) дополнительному ТД. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями э.д.с. смещения нуля).

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные операционные усилители (ОУ) с существенными различными параметрами.

Особое место занимают дифференциальные операционные усилители (ОУ) с несимметричным включением неуправляемой активной нагрузки. Такие ОУ имеют одноканальную структуру входного каскада и характеризуются меньшими фазовыми искажениями сигнала по петле общей отрицательной обратной связи. Предлагаемое изобретение относится к классу ОУ на базе несимметричных входных каскадов [1-11], которые до сих пор находили применение только в устройствах с низкими требованиями к стабильности нулевого уровня.

Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ОУ фиг.1, представленная в патенте США №4366442 фиг.2, которая также присутствует в большом числе других патентов, например [1-11], имеющих в качестве цепи нагрузки входных транзисторов несимметрично включенные управляемые токовые зеркала или неуправляемые токостабилизирующие двухполюсники.

Существенный недостаток известного ОУ фиг.1 состоит в том, что в связи с несимметрией архитектуры он имеет повышенное значение систематической составляющей напряжения смещения нуля (Uсм).

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа.

Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном операционном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, вход которого связан с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, а выход соединен с базой входного транзистора 5 буферного усилителя 6, первый 7 токостабилизирующий двухполюсник, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 8 и второй 9 дополнительные транзисторы, база первого 8 дополнительного транзистора соединена со входом токового зеркала 4, коллектор связан с шиной источника питания 10, эмиттер подключен ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, а коллектор второго 9 дополнительного транзистора соединен с выходом токового зеркала 4, эмиттер связан с первым 7 токостабилизирующим двухполюсником, а база подключена к эмиттеру входного транзистора 5 буферного усилителя 6, а также выходу устройства и второму 11 дополнительному токостабилизирующему двухполюснику.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и 2 формулы изобретения. На фиг.3 приведен пример классической реализации схемы фиг.2 с учетом р-n переходов на подложку.

На фиг.4 и 5 показаны схемы дифференциального ОУ-прототипа (фиг.4) и заявляемого ОУ (фиг.5) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».

На фиг.6 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля сравниваемых схем фиг.4 и 5.

На фиг.7 приведена схема фиг.3 в среде PSpice.

На фиг.8 показаны графики температурной зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.4 и 7.

Дифференциальный операционный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, токовое зеркало 4, вход которого связан с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, а выход соединен с базой входного транзистора 5 буферного усилителя 6, первый 7 токостабилизирующий двухполюсник. В схему введены первый 8 и второй 9 дополнительные транзисторы, база первого 8 дополнительного транзистора соединена со входом токового зеркала 4, коллектор связан с шиной источника питания 10, эмиттер подключен ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, а коллектор второго 9 дополнительного транзистора соединен с выходом токового зеркала 4, эмиттер связан с первым 7 токостабилизирующим двухполюсником, а база подключена к эмиттеру входного транзистора 5 буферного усилителя 6, а также выходу устройства и второму 11 дополнительному токостабилизирующему двухполюснику.

На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, вход токового зеркала 4 связан с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1 через дополнительный двухполюсник 12.

В схеме фиг.3 двухполюсники 15, 7 и 11 реализованы на основе транзисторов 15, 16, 17 и 18, а также резисторов 25, 26, 27 и 28. Элементы 19, 20, 21, 22, 23, 24 моделируют р-n переходы на подложку транзисторов 14, 15, 16, 17, 9 и 24.

Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля Uсм в схеме фиг.2, т.е. зависящие от схемотехники ОУ.

Если ток двухполюсника 15 равен величине 2I0, а токи двухполюсников 7 и 11 - величине I0 (I7=I11=I0), то токи коллекторов транзисторов схемы:

где Iб.р=Iэ.ii - ток базы n-р-n транзисторов при эмиттерном токе

Iэ.i=I0;

Iвх.4, Iвых.4 - входной и выходной токи токового зеркала 4;

βi - коэффициент усиления по току базы транзисторов.

Из рассмотрения схемы фиг.2 следует, что разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину

где IБУ=Iб.5=Iб.р - ток базы р-n-p транзистора 5.

Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (6) уменьшается систематическая составляющая Uсм, обусловленная конечной величиной β транзисторов и его радиационной (или температурной) зависимостью. Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Ip в узле «А» создает Uсм, зависящее от крутизны S преобразования входного дифференциального напряжения uвx в выходной ток узла «А»:

где rэ13=rэ14 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 13 и 14 входного дифференциального каскада 1.

Поэтому для схемы фиг.2

где φт=26 мВ - температурный потенциал.

В ОУ-прототипе Ip≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм получается как минимум на порядок больше, чем в заявляемой схеме (фиг.4, 5, 6).

Компьютерное моделирование схем фиг.4 и 5 подтверждает (фиг.6) данные теоретические выводы.

Кроме того, несмотря на существенное уменьшение β транзисторов вследствие радиационных воздействий, предлагаемый ОУ имеет в этих условиях меньшее напряжение смещения нуля, чем ОУ-прототип.

Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока.

Библиографический список

1. Патент США №4415868, фиг.3.

2. Патент ФРГ №2928841, фиг.3.

3. Патент Японии JP 54-34589, кл. 98 (5) А014.

4. Патент Японии JP 154-10221, кл. H03F 3/45.

5. Патент Японии JP 54-102949, кл. 98 (5) А21.

6. Патент США №4366442, фиг.2.

7. Патент США №6426678.

8. Патентная заявка США 2007/0152753, фиг.5c.

9. Патент США №6531920, фиг.4.

10. Патент США №4262261.

11. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М.: ИП Радиософт, 2002. - 272 с. - Рис.9.3 (стр.235).

1. Дифференциальный операционный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, токовое зеркало (4), вход которого связан с первым (2) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), а выход соединен с базой входного транзистора (5) буферного усилителя (6), первый (7) токостабилизирующий двухполюсник, отличающийся тем, что в схему введены первый (8) и второй (9) дополнительные транзисторы, база первого (8) дополнительного транзистора соединена со входом токового зеркала (4), коллектор связан с шиной источника питания (10), эмиттер - подключен ко второму (3) токовому выходу входного дифференциального каскада (1), а коллектор второго (9) дополнительного транзистора соединен с выходом токового зеркала (4), эмиттер - связан с первым (7) токостабилизирующим двухполюсником, а база подключена к эмиттеру входного транзистора (5) буферного усилителя (6), а также выходу устройства и второму (11) дополнительному токостабилизирующему двухполюснику.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вход токового зеркала (4) связан с первым (2) токовым выходом входного дифференциального каскада (1) через дополнительный двухполюсник (12).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями эдс смещения нуля).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями э.д.с.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, прецизионных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями эдс смещения нуля).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, прецизионных решающих усилителях с малыми значениями эдс смещения нуля).

Изобретение относится к радиотехнике и связи для усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. .

Изобретение относится к радиотехнике и связи для усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. .

Изобретение относится к радиотехнике и связи для усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых интерфейсов различного функционального назначения. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, прецизионных решающих усилителях с малыми значениями э.д.с.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями ЭДС смещения нуля).

Изобретение относится к радиотехнике и связи для усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, прецизионных операционных усилителях (ОУ)).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями эдс смещения нуля)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями э.д.с

Изобретение относится к радиотехнике и связи для усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), непрерывных стабилизаторах напряжения и т.п.)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и решающих усилителях с малыми значениями э.д.с

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных решающих усилителях с малыми значениями э.д.с

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и решающих усилителях с малыми значениями э.д.с

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и решающих усилителях с малыми значениями эдс смещения нуля)

Изобретение относится к области радиотехники и связи для усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, СВЧ операционных усилителях (ОУ), компараторах)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, SiGe-операционных усилителях (ОУ), компараторах)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями э.д.с
Наверх