Прецизионный операционный усилитель



Прецизионный операционный усилитель
Прецизионный операционный усилитель
Прецизионный операционный усилитель
Прецизионный операционный усилитель
Прецизионный операционный усилитель
Прецизионный операционный усилитель
Прецизионный операционный усилитель
Прецизионный операционный усилитель

 


Владельцы патента RU 2444119:

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 решающих усилителях с малыми значениями э.д.с. смещения нуля). Технический результат заключается в уменьшении абсолютного значения Uсм, а также его температурного и радиационного дрейфа. Прецизионный операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад, первый и второй выходные транзисторы, дополнительный транзистор, источник опорного тока, два р-n-перехода, буферный усилитель. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и связи сможет 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. смещения нуля).

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные операционные усилители (ОУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ОУ с двухканальной активной нагрузкой, обеспечивающей непосредственное управление двухтактным буферным усилителем: [1÷10]. Такие ОУ имеют двухканальную передачу сигнала через управляемую активную нагрузку и характеризуются более высоким диапазоном рабочих частот благодаря наличию каскадной структуры.

Предлагаемое изобретение относится также к классу ОУ на базе несимметричных входных каскадов [1-10], которые до сих пор находили применение только в устройствах с низкими требованиями к стабильности нулевого уровня.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому схемотехническому решению является классическая схема ОУ фиг.1, представленная в патенте RU 2193273, fig.2, которая также присутствует в большом числе других патентов и монографий, например [1÷10], имеющих в качестве цепи нагрузки входных транзисторов двухканальные токовые зеркала с несимметричным включением (по отношению к входному каскаду). Это одна из перспективных архитектур ОУ, так как она обеспечивает (при минимально возможной сложности) получение двуполярных амплитуд выходного напряжения, близких к напряжениям питания.

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

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм, а также его температурного и радиационного дрейфа.

Поставленная задача решается тем, что в прецизионном операционном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого соединена с первой 4 шиной источника питания, первый 5 выходной транзистор, база которого соединена с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, а коллектор соединен со входом буферного усилителя 6, второй 7 выходной транзистор, эмиттер которого соединен со второй 8 шиной источника питания и связан с базой через два параллельно соединенных р-n-перехода (9, 10), первый 11 источник опорного тока, предусмотрены новые элементы и связи, - эмиттер первого 5 выходного транзистора соединен с базой второго 7 выходного транзистора, база первого 5 выходного транзистора соединена с коллектором второго 7 выходного транзистора, коллектор первого 5 выходного транзистора связан с коллектором дополнительного транзистора 12, эмиттер дополнительного транзистора 12 соединен с первой 4 шиной источника питания через первый 11 источник опорного тока, причем база дополнительного транзистора 12 подключена к выходу буферного усилителя 6.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.

На фиг.3 показана схема ОУ фиг.2 с конкретным выполнением буферного усилителя 6, который реализован здесь на составном транзисторе Дарлингтона 16, 17 и источнике тока 18. Кроме этого на фиг.3, также как и на фиг.2, входной дифференциальный каскад 1 реализован на транзисторах 13, 14 и двухполюснике 15 по традиционной схеме.

Схема фиг.4 соответствует п.2 формулы изобретения. В ней база первого 5 выходного транзистора соединена с коллектором второго 7 выходного транзистора через первый 19 дополнительный p-n переход, а эмиттер первого 5 выходного транзистора подключен ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1 через второй 20 прямосмещенный p-n-переход. Кроме этого здесь буферный усилитель 6 (также как и в схеме фиг.3) выполнен на элементах 16, 17, 18, причем источник тока 18 выполнен здесь на транзисторе 24 и резисторе 28, первый источник опорного тока 11 содержит транзистор 23 и резистор 27, а двухполюсник 15 (фиг.3) реализован на транзисторах 21, 22 и резисторах 25 и 26. На базы транзисторов 21, 22, 23, 24 подается вспомогательное напряжение Ес.

На фиг.5 и фиг.6 показаны схемы дифференциального ОУ-прототипа (фиг.5) и заявляемого ОУ (фиг.6) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».

На фиг.7 приведена схема фиг.3 в среде PSpice для случая, когда буферный усилитель 6 реализован на составном транзисторе Дарлингтона.

На фиг.8 приведены результаты компьютерного моделирования напряжения смещения нуля Uсм в диапазоне температур схемы 1 (фиг.7), схемы 2 (фиг.6) и схемы-прототипа (фиг.5). Данные графики показывают, что напряжение смещения нуля Uсм схемы фиг.7 на несколько порядков меньше, чем в ОУ-прототипе, и оно оказывается более стабильным.

Прецизионный операционный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого соединена с первой 4 шиной источника питания, первый 5 выходной транзистор, база которого соединена с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, эмиттер подключен ко второму 3 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, а коллектор соединен со входом буферного усилителя 6, второй 7 выходной транзистор, эмиттер которого соединен со второй 8 шиной источника питания и связан с базой через два параллельно соединенных p-n-перехода (9, 10), первый 11 источник опорного тока. Эмиттер первого 5 выходного транзистора соединен с базой второго 7 выходного транзистора, база первого 5 выходного транзистора соединена с коллектором второго 7 выходного транзистора, коллектор первого 5 выходного транзистора связан с коллектором дополнительного транзистора 12, эмиттер дополнительного транзистора 12 соединен с первой 4 шиной источника питания через первый 11 источник опорного тока, причем база дополнительного транзистора 12 подключена к выходу буферного усилителя 6.

Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля (Uсм) в схеме фиг.3, т.е. зависящие от схемотехники ОУ.

Если ток двухполюсника 15 равен величине 2I0, а двухполюсников 11 и 18 - величине I0, то токи эмиттеров (Iэi) и коллекторов (Iкi) транзисторов схемы, а также токи p-n-переходов 9 (I9) и 10 (I10):

где Iбi=Iэii - ток базы n-p-n (Iбр) или p-n-p (Iбn) транзисторов при эмиттерном токе Iэi=I0;

βi - коэффициент усиления по току базы i-го транзистора.

Поэтому разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шину

где IБУ<<Iбр - ток базы транзистора 17.

Таким образом, в заявляемом устройстве при выполнении условия (8) уменьшается систематическая составляющая Uсм, обусловленная конечной величиной β транзисторов и его радиационной (или температурной) зависимостью. Как следствие, это уменьшает Uсм ОУ, так как разностный ток Iр в узле «А» создает Uсм, зависящее от крутизны (S) преобразования входного дифференциального напряжения ОУ (uвх) 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 фиг.1 Ip≠0, поэтому здесь систематическая составляющая U получается как минимум на порядок больше, чем в заявляемой схеме.

Введение p-n-переходов 19 и 20 обеспечивает дальнейшее уменьшение температурного дрейфа Uсм за счет симметрирования статического режима по напряжению транзистора 7 и p-n перехода 9, а также транзисторов 13 и 14.

Компьютерное моделирование схем фиг.5, фиг.6, фиг.7 подтверждает (фиг.8) данные теоретические выводы. Несмотря на изменение β транзисторов вследствие внешних воздействий предлагаемый ОУ имеет меньшее напряжение смещения нуля, чем ОУ-прототип.

Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом до величины статической ошибки усиления сигналов постоянного тока и может использоваться в качестве IP-модулей прецизионных интерфейсов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент RU №2193293, fig.2, АООТ завод «Микрон» г.Зеленоград.

2. Патент США №4.250.460.

3. Патент США №3.843.935, fig.2.

4. Патент США №4.366.442.

5. Патент США №3,569.848, fig.7 (А2-В2).

6. Патент Японии JP 52-149946.

7. Полонников, Д.Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника [Текст]. / Д.Е.Полонников. - М., 1983. - стр.141, рис.4.14.

8. Операционные усилители и компараторы. - М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2001, стр.259 (микросхема 1450УД1, ТАА 2761).

9. Журнал «Схемотехника» №3, 2001, стр.3.

10. Справочник «Electronics information series: Linear integrated circuit D.A.T.A, bock», Edition 21, 1979, Condura Company, US, New Jersey, P212, fig.A358, HA1-4625, HA1-4605.

1. Прецизионный операционный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого соединена с первой (4) шиной источника питания, первый (5) выходной транзистор, база которого соединена с первым (2) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), эмиттер подключен ко второму (3) токовому выходу входного дифференциального каскада (1), а коллектор соединен со входом буферного усилителя (6), второй (7) выходной транзистор, эмиттер которого соединен со второй (8) шиной источника питания и связан с базой через два параллельно соединенных р-n-перехода (9), (10), первый (11) источник опорного тока, отличающийся тем, что эмиттер первого (5) выходного транзистора соединен с базой второго (7) выходного транзистора, база первого (5) выходного транзистора соединена с коллектором второго (7) выходного транзистора, коллектор первого (5) выходного транзистора связан с коллектором дополнительного транзистора (12), эмиттер дополнительного транзистора (12) соединен с первой (4) шиной источника питания через первый (11) источник опорного тока, причем база дополнительного транзистора (12) подключена к выходу буферного усилителя (6).

2. Прецизионный операционный усилитель по п.1, отличающийся тем, что база первого (5) выходного транзистора соединена с коллектором второго (7) выходного транзистора через первый (19) дополнительный р-n-переход, эмиттер первого (5) выходного транзистора подключен ко второму (3) токовому выходу входного дифференциального каскада (1) через второй (20) прямосмещенный р-n- переход.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и связи и может быть использовано в структурах различных устройств преобразования несимметричных сигналов, в линейных и нелинейных преобразователях и драйверах, источниках вторичного электропитания и стабилизаторах напряжения.

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 операционных усилителях (ОУ), компараторах и т.п.) с малым напряжением питания.

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 операционных усилителях (ОУ), компараторах и т.п.) с малым напряжением питания.

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 операционных усилителях (ОУ), компараторах и т.п.).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления СВЧ-аналоговых сигналов, в структуре аналоговых СВЧ-микросхем 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.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем 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.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах автоматической регулировки усиления, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки и умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления.

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, мостовых усилителях мощности, фильтрах, компараторах 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, 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, решающих усилителях, фильтрах, компараторах 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, мостовых усилителях мощности, фильтрах, компараторах 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 прецизионных интерфейсах, компараторах 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

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в структуре радиоприемных устройств ВЧ и СВЧ диапазонов

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в структуре радиоприемных устройств ВЧ и СВЧ диапазонов

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном, в структуре аналоговых микросхем 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, в прецизионных интегральных и решающих усилителях, компараторах и т.п.)
Наверх