Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом



Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом
Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом

 


Владельцы патента RU 2513482:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ 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. Техническим результатом является повышение стабильности выходного статического синфазного напряжения дифференциального операционного усилителя при нулевом входном синфазном сигнале. В усилитель введены третий и четвертый входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами первого и второго входных транзисторов, причем база третьего входного транзистора соединена с базой первого входного транзистора, база четвертого входного транзистора соединена с базой второго входного транзистора, коллекторы третьего и четвертого входных транзисторов связаны с шиной второго источника питания, эмиттеры первого и второго входных транзисторов подключены к эмиттерам первого и второго дополнительных транзисторов, коллектор первого дополнительного транзистора соединен с коллектором первого входного транзистора, коллектор второго дополнительного транзистора соединен с коллектором второго входного транзистора, при этом первый вспомогательный выход устройства связан с базами первого и второго дополнительных транзисторов через первый резистор обратной связи, а второй вспомогательный выход устройства связан с базами первого и второго дополнительных транзисторов через второй резистор обратной связи. 1 з.п. ф-лы, 7 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, мостовых усилителях мощности, фильтрах, компараторах т.п.).

Известны схемы классических двухкаскадных дифференциальных операционных усилителей (ДУ) [1-16] с парафазным выходом, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем.

ДУ данного класса активно применяются в структуре СВЧ-устройств, реализованных на базе SiGe-технологий. Это связано с возможностью построения на их основе активных RC-фильтров гигагерцового диапазона для современных и перспективных систем связи, драйверов дифференциальных линий связи между СФ-блоками и т.п. В значительной степени этому способствует простота установления статического режима ДУ при низковольтном питании (1,2÷2,1) В, которое характерно для SiGe транзисторов с предельными частотами 120÷500 ГГц.

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель по патенту US 4.600.893, fig.4, содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых соединены с соответствующими входами 3 и 4 устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенным эмиттерами первого 1 и второго 2 входных транзисторов и шиной первого 6 источника питания, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, эмиттер первого 7 выходного транзистора соединен с коллектором первого 1 входного транзистора и через второй 9 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной второй 10 источника питания, эмиттер второго 8 выходного транзистора соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и через третий 11 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной второго 10 источника питания, базы первого 7 и второго 8 выходных транзисторов объединены и подключены к источнику напряжения смещения потенциалов 12, коллектор первого 7 выходного транзистора соединен с первым 13 вспомогательным выходом устройства и через первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки подключен к шине первого 6 источника питания, коллектор второго 8 выходного транзистора соединен со вторым 15 вспомогательным выходом устройства и через второй 16 двухполюсник нагрузки подключен к шине первого 6 источника питания.

Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет нестабильный уровень выходного синфазного напряжения, зависящий от параметров двухполюсников коллекторной нагрузки 14 и 15. Это значительно затрудняет его согласование с последующими функциональными узлами многокаскадных интерфейсных СФ-блоков и IP-модулей.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых выходное статическое синфазное напряжение ДУ при нулевом входном синфазном сигнале будет иметь высокую стабильность и нулевое значение.

Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном операционном усилителе с парафазным выходом, фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых соединены с соответствующими входами 3 и 4 устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами первого 1 и второго 2 входных транзисторов и шиной первого 6 источника питания, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, эмиттер первого 7 выходного транзистора соединен с коллектором первого 1 входного транзистора и через второй 9 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной второй 10 источника питания, эмиттер второго 8 выходного транзистора соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и через третий 11 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной второго 10 источника питания, базы первого 7 и второго 8 выходных транзисторов объединены и подключены к источнику напряжения смещения потенциалов 12, коллектор первого 7 выходного транзистора соединен с первым 13 вспомогательным выходом устройства и через первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки подключен к шине первого 6 источника питания, коллектор второго 8 выходного транзистора соединен со вторым 15 вспомогательным выходом устройства и через второй 16 двухполюсник нагрузки подключен к шине первого 6 источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены третий 17 и четвертый 18 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, база третьего 17 входного транзистора соединена с базой первого 1 входного транзистора, база четвертого 18 входного транзистора соединена с базой второго 2 входного транзистора, коллекторы третьего 17 и четвертого 18 входных транзисторов связаны с шиной второго 10 источника питания, эмиттеры первого 1 и второго 2 входных транзисторов подключены к эмиттерам первого 19 и второго 20 дополнительных транзисторов, коллектор первого 19 дополнительного транзистора соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, коллектор второго 20 дополнительного транзистора соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, причем первый 13 вспомогательный выход устройства связан с базами первого 19 и второго 20 дополнительных транзисторов через первый 21 резистор обратной связи, а второй 15 вспомогательный выход устройства связан с базами первого 19 и второго 20 дополнительных транзисторов через второй 22 резистор обратной связи.

На фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.

На фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.

Схема ДУ по п.2 формулы изобретения приведена на фиг.3.

На фиг.4 приведена схема ДУ фиг.3 с конкретным выполнением буферных усилителей.

На фиг.5 показана схема заявляемого ДУ фиг.4 в среде компьютерного моделирования Pspice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.6 - зависимость его коэффициента усиления по напряжению от частоты.

На фиг.7 представлена зависимость выходных напряжений ДУ фиг.5 от входного синусоидального напряжения (uвх = 30 мВ). Графики фиг.7 показывают, что заявляемый ДУ имеет два противофазных выходных напряжения и нулевой уровень выходного синфазного статического напряжения.

Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом, фиг.2, содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых соединены с соответствующими входами 3 и 4 устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенным эмиттерами первого 1 и второго 2 входных транзисторов и шиной первого 6 источника питания, первый 7 и второй 8 выходные транзисторы, эмиттер первого 7 выходного транзистора соединен с коллектором первого 1 входного транзистора и через второй 9 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной второй 10 источника питания, эмиттер второго 8 выходного транзистора соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и через третий 11 токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной второго 10 источника питания, базы первого 7 и второго 8 выходных транзисторов объединены и подключены к источнику напряжения смещения потенциалов 12, коллектор первого 7 выходного транзистора соединен с первым 13 вспомогательным выходом устройства и через первый 14 двухполюсник коллекторной нагрузки подключен к шине первого 6 источника питания, коллектор второго 8 выходного транзистора соединен со вторым 15 вспомогательным выходом устройства и через второй 16 двухполюсник нагрузки подключен к шине первого 6 источника питания. В схему введены третий 17 и четвертый 18 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, база третьего 17 входного транзистора соединена с базой первого 1 входного транзистора, база четвертого 18 входного транзистора соединена с базой второго 2 входного транзистора, коллекторы третьего 17 и четвертого 18 входных транзисторов связаны с шиной второго 10 источника питания, эмиттеры первого 1 и второго 2 входных транзисторов подключены к эмиттерам первого 19 и второго 20 дополнительных транзисторов, коллектор первого 19 дополнительного транзистора соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, коллектор второго 20 дополнительного транзистора соединен с коллектором второго 2 входного транзистора, причем первый 13 вспомогательный выход устройства связан с базами первого 19 и второго 20 дополнительных транзисторов через первый 21 резистор обратной связи, а второй 15 вспомогательный выход устройства связан с базами первого 19 и второго 20 дополнительных транзисторов через второй 22 резистор обратной связи.

На фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения первый 13 вспомогательный выход устройства связан с базами первого 19 и второго 20 дополнительных транзисторов через последовательно соединенные первый 23 дополнительный буферный усилитель и первый 21 резистор обратной связи, а второй 15 вспомогательный выход устройства связан с базой первого 19 и второго 20 дополнительных транзисторов через последовательно соединенные второй 24 дополнительный буферный усилитель и второй 22 резистор обратной связи.

На фиг.4 буферные усилители 23 и 24 реализованы соответственно на транзисторах 25, 26, р-n переходах 27, 28, а также транзисторах 29, 30 и р-n переходах 31, 32.

Рассмотрим работу ДУ фиг.2.

Статический режим по току транзисторов предлагаемого ДУ устанавливается двухполюсниками 5, 9, 11, 14, 16.

Статические напряжения U13=U15 на выходах Вых.1 и Вых.2 ДУ при нулевом входном сигнале (uвх=0) можно найти из уравнения:

U 13 = I б R 21 U э б .19 + U э б .1 I б R 21 0 U 15 = I б R 22 U э б .20 + U э б .2 I б R 22 0

где Uэб.1 = Uэб.19, Uэб.2 = Uэб.20 - напряжение «эмиттер-база» транзисторов 1, 2, 19 и 20;

I б I б . Σ 2 - составляющая суммарного тока баз транзисторов 19 и

20 в резисторе обратной связи 21 (22).

Таким образом, при типовых значениях токов базы транзисторов 19, 20, а также при R21=R22=500÷1000 Ом выходное синфазное напряжение ДУ фиг.2 практически равно нулю в широком диапазоне температурных и радиационных воздействий, а также изменений напряжений питания. Это весьма существенно для согласования заявляемого ДУ с последующими функциональными узлами радиоэлектронной аппаратуры, а также его использования в мостовых усилителях мощности.

Таким образом, предлагаемый ДУ имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 4.406.990, fig.3.

2. Патент US 4.600.893, fig.4.

3. Патент US 5.684.419.

4. Патент US 3.979.689.

5. Патент US Re 30.587.

6. Патент US 5.684.419.

7. Патент US 4.151.483, fig.4.

8. Патент US 4.151.484, fig.4.

9. Патент US 4.406.990.

10. Патент US 5.557.238, fig.5.

11. Патент US 6.580.325, fig.26.

12. Патент US 3.733.559.

13. Патент US 5.376.897.

14. Патент 3.079.689 15.

15. Патент ЕР 0144647.

16. Патент JP 60090407.

1. Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, базы которых соединены с соответствующими входами (3) и (4) устройства, первый (5) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенным эмиттерами первого (1) и второго (2) входных транзисторов и шиной первого (6) источника питания, первый (7) и второй (8) выходные транзисторы, эмиттер первого (7) выходного транзистора соединен с коллектором первого (1) входного транзистора и через второй (9) токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной второй (10) источника питания, эмиттер второго (8) выходного транзистора соединен с коллектором второго (2) входного транзистора и через третий (11) токостабилизирующий двухполюсник соединен с шиной второго (10) источника питания, базы первого (7) и второго (8) выходных транзисторов объединены и подключены к источнику напряжения смещения потенциалов (12), коллектор первого (7) выходного транзистора соединен с первым (13) вспомогательным выходом устройства и через первый (14) двухполюсник коллекторной нагрузки подключен к шине первого (6) источника питания, коллектор второго (8) выходного транзистора соединен со вторым (15) вспомогательным выходом устройства и через второй (16) двухполюсник нагрузки подключен к шине первого (6) источника питания, отличающийся тем, что в схему введены третий (17) и четвертый (18) входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами первого (1) и второго (2) входных транзисторов, база третьего (17) входного транзистора соединена с базой первого (1) входного транзистора, база четвертого (18) входного транзистора соединена с базой второго (2) входного транзистора, коллекторы третьего (17) и четвертого (18) входных транзисторов связаны с шиной второго (10) источника питания, эмиттеры первого (1) и второго (2) входных транзисторов подключены к эмиттерам первого (19) и второго (20) дополнительных транзисторов, коллектор первого (19) дополнительного транзистора соединен с коллектором первого (1) входного транзистора, коллектор второго (20) дополнительного транзистора соединен с коллектором второго (2) входного транзистора, причем первый (13) вспомогательный выход устройства связан с базами первого (19) и второго (20) дополнительных транзисторов через первый (21) резистор обратной связи, а второй (15) вспомогательный выход устройства связан с базами первого (19) и второго (20) дополнительных транзисторов через второй (22) резистор обратной связи.

2. Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом по п.1, отличающийся тем, что первый (13) вспомогательный выход устройства связан с базами первого (19) и второго (20) дополнительных транзисторов через последовательно соединенные первый (23) дополнительный буферный усилитель и первый (21) резистор обратной связи, а второй (15) вспомогательный выход устройства связан с базой первого (19) и второго (20) дополнительных транзисторов через последовательно соединенные второй (24) дополнительный буферный усилитель и второй (22) резистор обратной связи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада ОУ для дифференциального сигнала, а также получение граничных напряжений его проходной характеристики iвых=f(uвх) на уровне Uгр=1÷2 В, что приводит к повышению быстродействия ОУ более чем на порядок.

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада операционного усилителя (ОУ) для дифференциального сигнала.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада ОУ для дифференциального сигнала за счет новых элементов связи.

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов. .

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

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на емкостную нагрузку). Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку за счет исключения влияния на переходный процесс первого и второго конденсаторов цепи нагрузки. Технический результат достигается за счет быстродействующего драйвера дифференциальной линии связи, который содержит первый и второй источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого и второго выходных каскадов, первый и второй конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам первого и второго выходных каскадов, выход первого выходного каскада, вход первого неинвертирующего повторителя напряжения, токовый выход первого инвертирующего повторителя тока, первый дополнительный конденсатор, второй дополнительный конденсатор. 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых и цифровых импульсных сигналов в устройствах различного функционального назначения, работающих на емкостную нагрузку. Достигаемый технический результат - повышение быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширение диапазона его рабочих частот. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки содержит выходной каскад, вход которого соединен с источником входного сигнала, а выход подключен к конденсатору цепи нагрузки, преобразователь «напряжение-ток», потенциальный вход которого соединен с выходом выходного каскада, потенциальный выход соединен с цепью коррекции, первый токовый выход подключен ко входу первого токового зеркала, согласованного с первой шиной источника питания, второй токовый выход подключен ко входу второго токового зеркала, согласованного со второй шиной источника питания, токовые выходы первого и второго токовых зеркал связаны с выходом выходного каскада, причем приращение токов первого и второго токовых выходов преобразователя «напряжение-ток» для соответствующих полярностей выходных напряжений пропорциональны проводимости цепи коррекции. 1 н. и 1 з.п. ф-лы.,9 ил.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении стабильности операционного усилителя на постоянном токе. Устройство содержит входной дифференциальный каскад с токовыми выходами, согласованный с первой шиной источника питания, первое и второе токовые зеркала, согласованные со второй шиной источника питания, первый и второй токостабилизирующие двухполюсники, первый и второй токовые выходы входного дифференциального каскада связаны с эмиттером первого, второго, третьего и четвертого дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, базы первого и третьего дополнительных транзисторов объединены и подключены к источнику вспомогательного напряжения, коллектор первого дополнительного транзистора соединен со входом первого токового зеркала, коллектор третьего дополнительного транзистора соединен со входом второго токового зеркала, первый вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго и четвертого дополнительных транзисторов через первый дополнительный резистор, второй вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго и четвертого дополнительных транзисторов через второй дополнительный резистор. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к усилителю устройства обработки сигналов. Технический результат заключается в обеспечении возможности усиления входного сигнала, содержащего низкочастотный компонент. Когда переключатель (SW1) задается выключенным, а переключатель (SW2) задается включенным, напряжение контактного вывода (205) SigOut стабилизируется с помощью опорного напряжения, и напряжение смещения прикладывается к конденсатору (C1). Изменяя переключатель (SW2) из включенного состояния в выключенное при напряжении смещения, сохраненном в конденсаторе (C1), сигнал обнаружения, который вводится через контактный вывод (201) SigIn, усиливается с помощью опорного напряжения в качестве опорного уровня, и усиленный сигнал выводится из контактного вывода (205) SigOut. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к схемам входных каскадов на КМОП-транзисторах. Технический результат: расширение диапазона активной работы дифференциального входного каскада. Исток первого входного транзистора соединен со стоком четвертого входного полевого транзистора через первый дополнительный резистор, исток второго входного транзистора соединен со стоком третьего входного полевого транзистора через второй дополнительный резистор и через дополнительную цепь смещения потенциалов связан с затвором второго выходного транзистора, который подключен ко второй шине источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник. 13 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является увеличение ширины полосы пропускания операционного усилителя (ОУ), а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. ОУ содержит два входных транзистора, два последовательно соединенных прямосмещенных р-n-перехода, два токостабилизирующих двухполюсника, две шины источника питания, два промежуточных транзистора, два вспомогательных источника напряжения питания, два токостабилизирующих резистора и два токовых зеркала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх