Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания

Авторы патента:

Дворников Олег Владимирович (BY)

Бугакова Анна Витальевна (RU)

Прокопенко Николай Николаевич (RU)

Пахомов Илья Викторович (RU)

H03F3/45 - дифференциальные усилители

Владельцы патента RU 2613842:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона изменения выходного напряжения устройства до уровней, близких к напряжениям на положительной и отрицательной шинах питания. Устройство содержит входной дифференциальный каскад, общую цепь питания, две шины источника питания, два основных входа входного дифференциального каскада, два токовых выхода входного дифференциального каскада, транзисторы, токостабилизирующие двухполюсники, цепь динамической нагрузки, токовый выход устройства, резисторы. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов.

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение операционные усилители (ОУ) на полевых или биполярных транзисторах, выполненные на основе дифференциального каскада с симметричной активной нагрузкой в виде источников опорного тока [1-16]. Их основное достоинство - повышенный коэффициент усиления по напряжению, который обеспечивается двумя каскадами усиления.

Для работы в условиях космического пространства, в экспериментальной физике необходимы радиационно стойкие ОУ с повышенным коэффициентом усиления по напряжению и максимальными амплитудами выходного напряжения (U_m⁽⁺⁾, U_m^(-)), близкими к напряжению питания. Мировой опыт проектирования устройств данного класса показывает, что решение этих задач возможно с использованием биполярно-полевого технологического процесса [17], обеспечивающего формирование p-канальных полевых и высококачественных n-p-n биполярных транзисторов с радиационной стойкостью до 1 Мрад и потоком нейтронов до 10¹³ н/см². Однако для таких ОУ необходима специальная схемотехника, учитывающая ограничения биполярно-полевой технологии [17].

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является операционный усилитель, опубликованный в статье S. Groner «А new audio amplifier topology with push-pull transimpedance stage - Part 1: Introduction)), fig. 3.; EETimes Connecting the Global Electronic Community 29.08.2012, http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1279853&page_number=3.

Он содержит (фиг. 1) входной дифференциальный каскад 1, общая цепь питания которого 2 связана с первой 3 шиной источника питания, первый 4 и второй 5 основные входы входного дифференциального каскада 1, первый 6 токовый выход входного дифференциального каскада 1, связанный с базой первого 7 вспомогательного транзистора и коллектором первого 8 транзистора первого источника опорного тока, эмиттер которого связан со второй 9 шиной источника питания, второй 10 токовый выход входного дифференциального каскада 1, связанный с базой второго 11 вспомогательного транзистора и коллектором второго 12 транзистора второго источника опорного тока, эмиттер которого связан со второй 9 шиной источника питания, эмиттер первого 7 вспомогательного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания через первый 13 токостабилизирующий двухполюсник, эмиттер второго 11 вспомогательного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания через второй 14 токостабилизирующий двухполюсник, причем коллекторы первого 7 и второго 11 вспомогательных транзисторов связаны с первой 3 шиной источника питания, цепь динамической нагрузки 15, согласованную с первой 3 шиной источника питания, вход которой связан с коллектором первого 16 выходного транзистора, а выход связан с токовым выходом устройства 17 и коллектором второго 18 выходного транзистора, причем база первого 16 выходного транзистора подключена к эмиттеру второго 11 вспомогательного транзистора, а база второго 18 выходного транзистора подключена к эмиттеру первого 7 вспомогательного транзистора.

Существенный недостаток известного ОУ состоит в том, что в нем не обеспечивается широкий диапазон изменения выходного напряжения, что особенно проявляется при низковольтном питании (2,5÷5 В). Кроме этого ОУ-прототип не может применяться в схемах инвертирующих усилителей и алгебраических сумматоров нескольких сигналов без резисторов обратной связи. В конечном итоге это снижает универсальность известного ОУ, который может применяться только в традиционных схемах включения.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона изменения выходного напряжения ОУ до уровней, близких к напряжениям на положительной 3 и отрицательной 9 шинах питания.

Дополнительная задача - расширение функциональных возможностей ОУ, касающихся перспективных схем его инвертирующего и неинвертирующего включения, в т.ч. без резисторов обратной связи.

Поставленные задачи достигаются тем, что в дифференциальном операционном усилителе фиг. 1, содержащем входной дифференциальный каскад 1, общая цепь питания которого 2 связана с первой 3 шиной источника питания, первый 4 и второй 5 основные входы входного дифференциального каскада 1, первый 6 токовый выход входного дифференциального каскада 1, связанный с базой первого 7 вспомогательного транзистора и коллектором первого 8 транзистора первого источника опорного тока, эмиттер которого связан со второй 9 шиной источника питания, второй 10 токовый выход входного дифференциального каскада 1, связанный с базой второго 11 вспомогательного транзистора и коллектором второго 12 транзистора второго источника опорного тока, эмиттер которого связан со второй 9 шиной источника питания, эмиттер первого 7 вспомогательного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания через первый 13 токостабилизирующий двухполюсник, эмиттер второго 11 вспомогательного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания через второй 14 токостабилизирующий двухполюсник, причем коллекторы первого 7 и второго 11 вспомогательных транзисторов связаны с первой 3 шиной источника питания, цепь динамической нагрузки 15, согласованную с первой 3 шиной источника питания, вход которой связан с коллектором первого 16 выходного транзистора, а выход связан с токовым выходом устройства 17 и коллектором второго 18 выходного транзистора, причем база первого 16 выходного транзистора подключена к эмиттеру второго 11 вспомогательного транзистора, а база второго 18 выходного транзистора подключена к эмиттеру первого 7 вспомогательного транзистора, предусмотрены новые элементы и связи - между эмиттерами первого 7 и второго 11 вспомогательных транзисторов включены последовательно соединенные первый 19 и второй 20 дополнительные резисторы, общий узел которых связан с объединенными базами первого 8 транзистора первого источника опорного тока и второго 12 транзистора второго источника опорного тока, причем эмиттер первого 16 выходного транзистора подключен ко второй 9 шине источника питания, а эмиттер второго 18 выходного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания.

Чертежи

На фиг. 1 показана схема ОУ-прототипа, а на фиг. 2 - схема заявляемого устройства в соответствии с п. 1 формулы изобретения.

На фиг. 3 приведена схема фиг. 2, в которой предусмотрен выходной буферный усилитель 24, обеспечивающий низкоомный (потенциальный) выход устройства 25.

На чертеже фиг. 4 приведена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 2 и п. 3, а на фиг. 5 - п. 4 формулы изобретения.

На фиг. 6 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 5 формулы изобретения.

На фиг. 7 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 6 формулы изобретения.

На фиг. 8 приведена схема заявляемого устройства фиг. 6 в среде PSpice на радиационно-зависимых моделях интегральных транзисторов АБМК_1_4 НПО «Интеграл» (г. Минск) для случая его инвертирующего включения с отрицательной обратной связью, которая вводится на базу транзистора Q1.

На фиг. 9 показаны амплитудно-частотные характеристики операционного усилителя фиг. 8 без отрицательной обратной связи и со 100% отрицательной обратной связью (ООС).

На фиг. 10 приведена зависимость напряжения смещения нуля ОУ фиг. 8 от потока нейтронов (а) и температуры в диапазоне минус 60-80°С (б).

На фиг. 11 приведены временные характеристики входного и выходного синусоидального напряжения схемы фиг. 8, которые показывают, что выходное напряжение заявляемого устройства противофазно его входному напряжению, а его коэффициент передачи K_у≈-1. На основе классических схем ОУ, в т.ч. ОУ-прототипа, такие устройства без резисторов обратной связи не реализуются.

Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания фиг. 2 содержит входной дифференциальный каскад 1, общая цепь питания которого 2 связана с первой 3 шиной источника питания, первый 4 и второй 5 основные входы входного дифференциального каскада 1, первый 6 токовый выход входного дифференциального каскада 1, связанный с базой первого 7 вспомогательного транзистора и коллектором первого 8 транзистора первого источника опорного тока, эмиттер которого связан со второй 9 шиной источника питания, второй 10 токовый выход входного дифференциального каскада 1, связанный с базой второго 11 вспомогательного транзистора и коллектором второго 12 транзистора второго источника опорного тока, эмиттер которого связан со второй 9 шиной источника питания, эмиттер первого 7 вспомогательного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания через первый 13 токостабилизирующий двухполюсник, эмиттер второго 11 вспомогательного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания через второй 14 токостабилизирующий двухполюсник, причем коллекторы первого 7 и второго 11 вспомогательных транзисторов связаны с первой 3 шиной источника питания, цепь динамической нагрузки 15, согласованную с первой 3 шиной источника питания, вход которой связан с коллектором первого 16 выходного транзистора, а выход связан с токовым выходом устройства 17 и коллектором второго 18 выходного транзистора, причем база первого 16 выходного транзистора подключена к эмиттеру второго 11 вспомогательного транзистора, а база второго 18 выходного транзистора подключена к эмиттеру первого 7 вспомогательного транзистора. В схеме между эмиттерами первого 7 и второго 11 вспомогательных транзисторов включены последовательно соединенные первый 19 и второй 20 дополнительные резисторы, общий узел которых связан с объединенными базами первого 8 транзистора первого источника опорного тока и второго 12 транзистора второго источника опорного тока, причем эмиттер первого 16 выходного транзистора подключен ко второй 9 шине источника питания, а эмиттер второго 18 выходного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания.

В схемах фиг. 2 и фиг. 3 входной дифференциальный каскад выполнен в частном случае на основе полевых транзисторов 21, 22 и источнике опорного тока 23. В некоторых схемах включения ОУ фиг. 3 может быть предусмотрен буферный усилитель 24, вход которого связан с токовым выходом устройства 17, а выход 25 является потенциальным выходом устройства. Для уменьшения влияния напряжения Эрли транзистора 16 на напряжение смещения нуля в схему введен источник опорного напряжения 26, который может быть выполнен в виде стабилитрона, резистора или цепочки прямосмещенных p-n-переходов. Коррекция амплитудно-частотной характеристик ОУ может осуществляться с помощью корректирующего конденсатора Ск.

Статический ток токостабилизирующих двухполюсников 13 и 14 может быть значительно меньше, чем ток I₀.

В качестве токового зеркала 15 могут использоваться классические токовые зеркала на биполярных и полевых транзисторах [16, 17].

На фиг. 4, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, эмиттер первого 16 выходного транзистора, подключен ко второй 9 шине источника питания через первый 21 согласующий резистор, а эмиттер второго 18 выходного транзистора связан со второй 9 шиной источника питания через второй 22 согласующий резистор.

Кроме этого, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, здесь база первого 16 выходного транзистора связана с эмиттером первого 7 вспомогательного транзистора через третий 29 согласующий резистор, а база второго 18 выходного транзистора соединена с эмиттером второго 11 вспомогательного транзистора через четвертый 30 согласующий резистор.

В ряде случаев транзисторы 8 и 12 могут выполняться в виде многоэмиттерных транзисторов, что может улучшить согласование статического режима транзисторов 8 (12) и 18 (16).

На фиг. 5, в соответствии с п. 4 формулы изобретения, в схему введен дополнительный входной дифференциальный каскад 31, общая цепь питания которого 32 связана с первой 3 шиной источника питания, имеющий первый 33 и второй 34 дополнительные входы, причем первый 35 токовый выход дополнительного входного дифференциального каскада 31 связан с базой первого 7 вспомогательного транзистора, а второй 36 токовый выход дополнительного входного дифференциального каскада 31 связан с базой второго 11 вспомогательного транзистора.

На фиг. 5 токостабилизирующие двухполюсники 13 и 14 выполнены в частном случае на основе резисторов. В качестве дополнительного входного дифференциального каскада 31 могут применяться такие же схемы, как и в качестве входного дифференциального каскада 1 (см., например, фиг. 2).

На основе схемы фиг. 5 реализуется широкий класс новых аналоговых устройств, в которых дополнительный инвертирующий вход используется для введения общей отрицательной обратной связи, а входы 4, 5 - для подачи входных сигналов. При этом схема фиг. 5 по входам 4, 5 является дифференциальным усилителем.

На фиг. 6, в соответствии с п. 5 формулы изобретения, входной дифференциальный каскад 1 выполнен на основе первого 37 и второго 38 биполярных транзисторов, а также первого 39 и второго 40 полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом, причем коллекторы первого 37 и второго 38 биполярных транзисторов соединены с общей цепью питания 2 входного дифференциального каскада 1 и связаны с первой 3 шиной источника питания, база первого 37 биполярного транзистора соединена с первым 4 основным входом входного дифференциального каскада 1, база второго 38 биполярного транзистора соединена со вторым 5 основным входом входного дифференциального каскада 1, эмиттер первого 37 биполярного транзистора соединен с истоком первого 39 полевого транзистора с управляющим p-n переходом, эмиттер второго 38 биполярного транзистора соединен с истоком второго 40 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, сток первого 39 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с первым 6 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, сток второго 40 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом соединен со вторым 10 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, затвор первого 39 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с третьим 41 основным входом входного дифференциального каскада 1, затвор второго 40 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с четвертым 42 основным входом входного дифференциального каскада 1.

Особенность схемы фиг. 6 состоит в том, что вход 42 может использоваться для введения отрицательной обратной связи, а входы 4, 5 и 41 - для подачи входных сигналов, что качественно отличает заявляемый ОУ от классических аналогов.

На фиг. 7, в соответствии с п. 6 формулы изобретения, в схему входного дифференциального каскада 1 введены третий 43 и четвертый 44 биполярные транзисторы, а также третий 45 и четвертый 46 полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом, причем коллекторы третьего 43 и четвертого 44 биполярных транзисторов соединены с общей цепью питания 2 входного дифференциального каскада 1 и связаны с первой 3 шиной источника питания, база третьего 43 биполярного транзистора соединена с пятым 47 основным входом входного дифференциального каскада 1, база четвертого 44 биполярного транзистора соединена с шестым 48 основным входом входного дифференциального каскада 1, эмиттер третьего 43 биполярного транзистора соединен с истоком третьего 45 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, эмиттер четвертого 44 биполярного транзистора соединен с истоком четвертого 46 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, сток третьего 45 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с первым 6 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, сток четвертого 46 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом соединен со вторым 10 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, затвор третьего 45 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с седьмым 49 основным входом входного дифференциального каскада 1, затвор четвертого 46 полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с восьмым 50 основным входом входного дифференциального каскада 1.

Таким образом, схема фиг. 7 имеет 8 входов, из них 4 - инвертирующих и 4 - неинвертирующих. Отрицательная обратная связь с выхода 25 может подаваться на один из инвертирующих входов устройства, а входные сигналы - на семь других входов. Это значительно расширяет функциональные возможности заявляемого устройства, позволяет реализовывать на его основе как инвертирующие, так и неинвертирующие аналоговые сумматоры семи или менее входных сигналов.

Рассмотрим работу ОУ фиг. 2.

Статический режим транзисторов схемы фиг. 2 устанавливается источником опорного тока 23 входного дифференциального каскада 1 (I₂₃=2I₀). При этом токи стока (I_ci) и токи коллекторов (I_кi) транзисторов схемы определяются уравнениями:

где I_с21, I_с22 - токи стока полевых транзисторов 21 и 22;

I₀ - некоторый заданный опорный ток, например, I₀=1 мА;

I_к8, I_к12 - токи коллекторов первого 8 и второго 12 транзисторов первого и второго источников опорного тока симметричной активной нагрузки.

Статическое напряжение на эмиттере транзисторов 7 и 11 относительно второй 9 шины источника питания отличается от напряжений эмиттер-база транзисторов 8 и 12 на сравнительно небольшую величину:

где I_бр - ток базы транзисторов 8 и 12. Причем при I₀=1 мА

где β=100÷500 - коэффициент усиления по току базы биполярных транзисторов.

Если выбрать сопротивления резисторов 19 и 20 сравнительно малым (например, 300-500 Ом), то при β≥100 из последних формул можно найти, что напряжение эмиттер-база выходных транзисторов 16 и 18

U_эб.18≈U_эб.8, U_эб.16≈U_эб.12.

Как следствие, в предлагаемой схеме ОУ токи коллекторов транзисторов 16 и 18 равны токам коллекторов транзисторов 8 и 12, которые определяются током I₂₃ входного дифференциального каскада 1.

В том случае, когда резисторы 19 и 20 выбираются сравнительно высокоомными, может потребоваться введение низкоомных резисторов 27 и 28 или резисторов 29 и 30 (фиг. 4). Кроме этого в этом случае возможно также применение в качестве транзисторов 8 и 12 многоэмиттерных транзисторов (например, так как это сделано на чертеже фиг. 3).

Таким образом, в предлагаемой схеме ОУ обеспечивается достаточно стабильный статический режим по току всех активных элементов, который устанавливается единственным источником опорного тока I₂₃ входного дифференциального каскада 1.

Максимальная амплитуда отрицательного выходного напряжения ОУ фиг. 2 (U_m^(-)) определяется по следующей формуле:

где U_кэ18.min≈0 - минимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора 18;

Е₉^(-) - напряжение на второй 9 шине источника питания.

Таким образом, в предлагаемой схеме U_m^(-)≈E₉^(-). В ОУ-прототипе фиг. 1 это напряжение на 0,8 В меньше Е₉^(-), что весьма существенно при малых Е₉^(-) (2,5-5 В).

С другой стороны, максимальная амплитуда положительного выходного напряжения ОУ фиг. 2 (при типовом построении токового зеркала 15) равна напряжению на первой 3 шине источника питания U_m⁽⁺⁾≈E₃⁽⁺⁾. Следовательно, схема фиг. 2 обеспечивает так называемый rail-to-rail выход (от шины питания 9 до шины питания 3).

Усиление ОУ фиг. 3 без отрицательной обратной связи при единичном коэффициенте передачи токового зеркала 15 определяется формулой

где K_у1, K_у2≈1, K_у3, K_БУ≈1 - коэффициенты передачи по напряжению первого, второго, третьего и четвертого каскадов ОУ.

Причем

где u_к8 - напряжение на коллекторе транзистора 8,

u₄₅ - напряжение между входами 4 и 5,

g_m1 - крутизна входного дифференциального каскада 1;

у₆ - эквивалентная проводимость в цепи токового выхода 6;

- коэффициент передачи эмиттерного повторителя на транзисторе 7,

u_б18 - напряжение на базе транзистора 18;

K_БУ≈1 - коэффициент передачи буферного усилителя 24;

R₁₇ - эквивалентное сопротивление в цепи токового выхода ОУ 17;

r_эi - сопротивление прямосмещенного эмиттерного p-n-перехода i-го транзистора.

При этом в формуле (8) эквивалентная проводимость в высокоимпедансном узле 6:

у₆=у_i7+у_i8+у_i1,

где у_i7 - входная проводимость транзистора 7 по цепи базы;

у_i8 - выходная проводимость транзистора 8 по цепи коллектора;

у_i1 - выходная проводимость дифференциального каскада 1 по цепи токового выхода 6.

Причем

, ,

где μ_i=10^-3÷10^-4 - коэффициент внутренней обратной связи i-го транзистора схемы с общей базой 8 (общим затвором, 21);

β₇ - коэффициент усиления по току базы транзистора 7;

, - крутизна стокозатворной характеристики полевых транзисторов 21 и 22;

R₁₉, R₂₀ - сопротивления первого 19 и второго 20 дополнительного резисторов.

Если пренебречь внутренней обратной связью транзисторов схемы и считать, что выходное сопротивление входного дифференциального каскада 1 относительно токового выхода 6 удовлетворяет условию R_i1>>β₇ (R₁₉+R₂₀), то общий коэффициент усиления ОУ

Как показывает компьютерное моделирование схемы фиг. 8, соответствующей схеме фиг. 6, численные значения K₀ лежат в пределах 80÷100 дБ, что достаточно для многих применений ОУ.

При введении отрицательной обратной связи в схеме фиг. 8, соответствующей фиг. 6, с выхода ОУ 25 на вход 4 модуль коэффициента передачи по напряжению, подаваемому на вход 42 (фиг. 8)

где β_oc=R₂(R₁+R₂)^-1 - коэффициент передачи четырехполюсника отрицательной обратной связи (в частном случае, при R₁=0 β_oc=1).

При этом усилитель фиг. 8 является инвертирующим, а его коэффициент передачи по напряжению определяется отношением резисторов в цепи обратной связи R1 и R2 (на схеме фиг. 8 - не показаны).

Графики фиг. 9 показывают, что предлагаемый ОУ имеет (при идентичных транзисторах) достаточно малые значения систематической составляющей напряжения смещения нуля при воздействии температуры и радиации. Данные графики показывают предельные возможности заявляемых ОУ.

Таким образом, заявляемое устройство имеет на 0,8 В более широкий диапазон изменения выходного напряжения (U_m^(-)), что достаточно актуально при низковольтном электропитании [Е₉=(1.5÷3)В]. Предлагаемые схемы ОУ характеризуются также более широкими функциональными возможностями - на них без резисторов обратной связи реализуются как инвертирующие так и неинвертирующие решающие усилители.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 7.411.451, fig. 2.

2. Патент US 3.614.645, fig. 1, fig. 2.

3. Патент US 5736.899, fig. 4.

4. Патент US 5.132.640, fig. 4.

5. Патент JP 61-140210, fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 7.

6. Патент US 6.175.226.

7. Патент US 4.596.960, fig. 2.

8. Патент US 4.271.394.

9. Патент US 4.359.693, fig. 1.

10. Патент US 4.607.232.

11. Патент US 5.963.085, fig. 3.

12. Патент US 6.624.697, fig. 1.

13. Патент DE 1966421, fig. 1.

14. Патент FR 2277461, fig. 1, fig. 3, fig. 4.

15. Патент RU 4.271.394, fig. 3.

16. Операционные усилители / И. Достал; Москва: Пер. с англ., Мир, 1982. - 512 с. (рис. 13.13б, стр. 77).

17. Элементная база радиационно-стойких информационно-измерительных систем: монография / Н.Н. Прокопенко, О.В. Дворников, С.Г. Крутчинский; под общ. ред. д.т.н., проф. Н.Н. Прокопенко; ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т. экономики и сервиса». - Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - 208 с.

1. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания, содержащий входной дифференциальный каскад (1), общая цепь питания которого (2) связана с первой (3) шиной источника питания, первый (4) и второй (5) основные входы входного дифференциального каскада (1), первый (6) токовый выход входного дифференциального каскада (1), связанный с базой первого (7) вспомогательного транзистора и коллектором первого (8) транзистора первого источника опорного тока, эмиттер которого связан со второй (9) шиной источника питания, второй (10) токовый выход входного дифференциального каскада (1), связанный с базой второго (11) вспомогательного транзистора и коллектором второго (12) транзистора второго источника опорного тока, эмиттер которого связан со второй (9) шиной источника питания, эмиттер первого (7) вспомогательного транзистора связан со второй (9) шиной источника питания через первый (13) токостабилизирующий двухполюсник, эмиттер второго (11) вспомогательного транзистора связан со второй (9) шиной источника питания через второй (14) токостабилизирующий двухполюсник, причем коллекторы первого (7) и второго (11) вспомогательных транзисторов связаны с первой (3) шиной источника питания, цепь динамической нагрузки (15), согласованную с первой (3) шиной источника питания, вход которой связан с коллектором первого (16) выходного транзистора, а выход связан с токовым выходом устройства (17) и коллектором второго (18) выходного транзистора, причем база первого (16) выходного транзистора подключена к эмиттеру второго (11) вспомогательного транзистора, а база второго (18) выходного транзистора подключена к эмиттеру первого (7) вспомогательного транзистора, отличающийся тем, что между эмиттерами первого (7) и второго (11) вспомогательных транзисторов включены последовательно соединенные первый (19) и второй (20) дополнительные резисторы, общий узел которых связан с объединенными базами первого (8) транзистора первого источника опорного тока и второго (12) транзистора второго источника опорного тока, причем эмиттер первого (16) выходного транзистора подключен ко второй (9) шине источника питания, а эмиттер второго (18) выходного транзистора связан со второй (9) шиной источника питания.

2. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания по п. 1, отличающийся тем, что эмиттер первого (16) выходного транзистора подключен ко второй (9) шине источника питания через первый (21) согласующий резистор, а эмиттер второго (18) выходного транзистора связан со второй (9) шиной источника питания через второй (22) согласующий резистор.

3. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания по п. 1, отличающийся тем, что база первого (16) выходного транзистора связана с эмиттером первого (7) вспомогательного транзистора через третий (29) согласующий резистор, а база второго (18) выходного транзистора соединена с эмиттером второго (11) вспомогательного транзистора через четвертый (30) согласующий резистор.

4. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания по п. 1, отличающийся тем, что в схему введен дополнительный входной дифференциальный каскад (31), общая цепь питания которого (32) связана с первой (3) шиной источника питания, имеющий первый (33) и второй (34) дополнительные входы, причем первый (35) токовый выход дополнительного входного дифференциального каскада (31) связан с базой первого (7) вспомогательного транзистора, второй (36) токовый выход дополнительного входного дифференциального каскада (31) связан с базой второго (11) вспомогательного транзистора.

5. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания по п. 1, отличающийся тем, что входной дифференциальный каскад (1) выполнен на основе первого (37) и второго (38) биполярных транзисторов, а также первого (39) и второго (40) полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом, причем коллекторы первого (37) и второго (38) биполярных транзисторов соединены с общей цепью питания (2) входного дифференциального каскада (1) и связаны с первой (3) шиной источника питания, база первого (37) биполярного транзистора соединена с первым (4) основным входом входного дифференциального каскада (1), база второго (38) биполярного транзистора соединена со вторым (5) основным входом входного дифференциального каскада (1), эмиттер первого (37) биполярного транзистора соединен с истоком первого (39) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, эмиттер второго (38) биполярного транзистора соединен с истоком второго (40) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, сток первого (39) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с первым (6) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), сток второго (40) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом соединен со вторым (10) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), затвор первого (39) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с третьим (41) основным входом входного дифференциального каскада (1), затвор второго (40) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с четвертым (42) основным входом входного дифференциального каскада (1).

6. Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания по п. 5, отличающийся тем, что в схему входного дифференциального каскада (1) введены третий (43) и четвертый (44) биполярные транзисторы, а также третий (45) и четвертый (46) полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом, причем коллекторы третьего (43) и четвертого (44) биполярных транзисторов соединены с общей цепью питания (2) входного дифференциального каскада (1) и связаны с первой (3) шиной источника питания, база третьего (43) биполярного транзистора соединена с пятым (47) основным входом входного дифференциального каскада (1), база четвертого (44) биполярного транзистора соединена с шестым (48) основным входом входного дифференциального каскада (1), эмиттер третьего (43) биполярного транзистора соединен с истоком третьего (45) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, эмиттер четвертого (44) биполярного транзистора соединен с истоком четвертого (46) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, сток третьего (45) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с первым (6) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), сток четвертого (46) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом соединен со вторым (10) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), затвор третьего (45) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с седьмым (49) основным входом входного дифференциального каскада (1), затвор четвертого (46) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом связан с восьмым (50) основным входом входного дифференциального каскада (1).

Дифференциальный усилитель двуполярных токов // 2604683

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: создание энергоэкономичного устройства для усиления разности двух входных токов и подавления их синфазной составляющей.

Биполярно-полевой операционный усилитель // 2595927

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат заключается в расширении диапазона изменения выходного напряжения до уровней, близких к напряжениям на положительной и отрицательной шинах питания.

Биполярно-полевой операционный усилитель // 2595926

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к прецизионным устройствам усиления сигналов. Технический результат - повышение коэффициента усиления дифференциального сигнала в разомкнутом состоянии ОУ до уровня 90÷100 дБ.

Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода // 2592455

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности усиления сигналов. Технический результат - уменьшение статического тока, потребляемого ОУ при отключенной нагрузке.

Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода // 2592429

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат: уменьшение статического тока, потребляемого ОУ от источников питания (без нагрузки), и уменьшение напряжения смещения нуля.

Биполярно-полевой операционный усилитель // 2589323

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат - повышение коэффициента усиления разомкнутого операционного усилителя.

Широкополосный преобразователь n-токовых входных сигналов в напряжение на основе операционного усилителя // 2579127

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано также в измерительной технике в качестве прецизионного устройства усиления сигналов различных сенсоров с токовым выходом.

Способ управления коэффициентом передачи решающего усилителя // 2573241

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах усиления широкополосных сигналов, в структуре аналоговых интерфейсов различного функционального назначения.

Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот // 2572376

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных усилителях).

Биполярно-полевой дифференциальный операционный усилитель // 2615068

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: повышение разомкнутого коэффициента усиления по напряжению операционного усилителя (ОУ) при сохранении высоких показателей по стабильности напряжения смещения нуля. Для этого предложен биполярно-полевой дифференциальный операционный усилитель, который содержит входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) противофазными токовыми выходами, первый (4) токовый вход, первый (5) полевой транзистор, первую (6) шину питания, первый (7) вспомогательный токостабилизирующий двухполюсник, первый (8) токостабилизирующий двухполюсник, вторую (9) шину питания, второй (10) токостабилизирующий двухполюсник, первый (11) выходной транзистор, токовое зеркало (12), второй (13) выходной транзистор, буферный усилитель (14), первый (15) и второй (16) вспомогательные транзисторы. В схему введены первый (17) и второй (18) дополнительные транзисторы, второй (19) вспомогательный токостабилизирующий двухполюсник, третий (20) вспомогательный токостабилизирующий двухполюсник. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель // 2615070

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления дифференциального сигнала в разомкнутом состоянии двухкаскадного ОУ до уровня 90÷400 дБ. Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1), общая эмиттерная цепь которого (2) связана с первой (3) шиной источника питания через источник опорного тока (4), первый (5) и второй (6) токовые выходы входного дифференциального каскада (1), первый (7) и второй (8) выходные транзисторы, базы которых подключены к источнику напряжения смещения (9), а эмиттеры через соответствующие первый (10) и второй (11) токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй (12) шиной источника питания, токовое зеркало (13), согласованное с первой (3) шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого (7) выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго (8) выходного транзистора и токовым выходом устройства (14). В качестве источника опорного тока (4) применяется управляемый по входу (15) источник опорного тока, причем управляющий вход (15) источника опорного тока (4) соединен с коллекторами первого (16) и второго (17) дополнительных транзисторов. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Биполярно-полевой мультидифференциальный операционный усилитель // 2615071

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат: повышение коэффициента усиления по напряжению разомкнутого мультидифференциального операционного усилителя при сохранении высокой стабильности нулевого уровня. Для этого предложен биполярно-полевой мультидифференциальный операционный усилитель, который содержит первый (1) входной биполярный транзистор, первый (2) вход устройства, первый (3) входной полевой транзистор с управляющим р-n переходом, второй (4) вход устройства, второй (5) входной биполярный транзистор, третий (6) вход устройства, второй (7) входной полевой транзистор с управляющим р-n переходом, четвертый (8) вход устройства, токовое зеркало (9), первую (10) шину источника питания, буферный усилитель (11), вторую (12) шину источника питания, первый (13) и второй (14) дополнительные резисторы, первый (15), второй (16) и третий (17) дополнительные биполярные транзисторы, первый (18) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, четвертый (19), пятый (20) и шестой (21) дополнительные биполярные транзисторы, второй (22) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Инструментальный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала // 2616570

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов различных датчиков. Технический результат заключается в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов инструментального усилителя. Инструментальный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала содержит три дифференциальных каскада (3, 8, 13) на транзисторах (1, 2, 6, 7, 11, 12), выходной каскад (20), три вспомогательных транзистора (22-24) и три токостабилизирующих двухполюсника (27, 28, 29), при этом в него дополнительно введены три транзистра (31, 33, 35), три резистора местной отрицательной обратной связи (30, 32, 34) и три токостабилизирующих двухполюсника (36-38). 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Дифференциальный операционный усилитель // 2616573

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат: повышение коэффициента усиления по напряжению в разомкнутом дифференциальном операционном усилителе при высокой температурной и радиационной стабильности статического режима транзисторов его промежуточного каскада. В схему введены первый (14), второй (15), третий (16) и четвертый (17) дополнительные выходные транзисторы, эмиттеры которых подключены ко второй 6 шине источника питания, базы первого (14) и второго (15) дополнительных выходных транзисторов соединены с базой первого (10) выходного транзистора, базы третьего (16) и четвертого (17) дополнительных выходных транзисторов соединены с базой второго (12) выходного транзистора, коллекторы первого (14) и третьего (16) дополнительных выходных транзисторов соединены с первым (5) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), коллекторы второго (15) и четвертого (17) дополнительных выходных транзисторов соединены со вторым (8) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), причем в качестве первого (7) и второго (9) согласующих двухполюсников используются токостабилизирующие двухполюсники с высоким внутренним сопротивлением. 2. з.п. ф-лы, 13 ил.

Дифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах // 2621286

Изобретение относится к области электроники. Технический результат - повышение коэффициента ослабления входного синфазного сигнала. Для этого предложен дифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах, который содержит первый (1) входной полевой транзистор, первый (2) вход устройства, первый (3) вспомогательный транзистор, первый (4) токостабилизирующий двухполюсник, первую (5) шину источника питания, второй (6) входной полевой транзистор, второй (7) вход устройства, второй (8) вспомогательный транзистор, второй (9) токостабилизирующий двухполюсник, первый (10) выход устройства, вторую (11) шину источника питания, первый (12) резистор отрицательной обратной связи, первый (13) выходной транзистор, второй (14) выходной транзистор, первую (15) цепь смещения потенциалов, первый (16) дополнительный транзистор, второй (17) дополнительный транзистор, вторую (18) цепь смещения потенциалов, первый (19) и второй (20) входы выходного дифференциального каскада (21). 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Мультидифференциальный операционный усилитель // 2621287

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат - уменьшение напряжения смещения нуля, повышение стабильности при низких температурах и воздействии радиации. Мультидифференциальный операционный усилитель содержит первый входной биполярный транзистор, первый входной полевой транзистор с управляющим р-n переходом, первое токовое зеркало, источник питания, второй входной биполярный транзистор, второй входной полевой транзистор с управляющим р-n переходом, второе токовое зеркало, первое дополнительное токовое зеркало, второе дополнительное токовое зеркало. 10 ил.

Двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель с повышенным коэффициентом усиления // 2621289

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Технический результат: повышение коэффициента усиления по напряжению (Ку) при сохранении высокой температурной и радиационной стабильности напряжения смещения нуля. Двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель с повышенным коэффициентом усиления содержит входной дифференциальный каскад, первый выходной транзистор, коллектор которого связан со входом токового зеркала, источник питания, второй выходной транзистор, первый вспомогательный транзистор, второй вспомогательный транзистор, третий вспомогательный транзистор, первый дополнительный повторитель напряжения, четвертый вспомогательный транзистор и второй дополнительный повторитель напряжения. 11 ил.

Дифференциальный инструментальный усилитель с парафазным выходом // 2621291

Изобретение относится к области аналоговой усилительной техники. Технический результат: повышение значения коэффициента передачи по напряжению. Для этого предложен дифференциальный инструментальный усилитель с парафазным выходом, который содержит неинвертирующий вход (1) устройства и синфазный ему неинвертирующий выход (2) устройства, инвертирующий вход (3) устройства и синфазный ему инвертирующий выход (4) устройства, первый (5) входной дифференциальный каскад, второй (8) входной дифференциальный каскад, выходной дифференциальный каскад (14), при этом в схему введен дополнительный дифференциальный каскад (20), неинвертирующий вход (21) которого соединен с неинвертирующим (1) входом устройства, инвертирующий вход (22) дополнительного дифференциального каскада (20) подключен к инвертирующему (3) входу устройства, первый (23) токовый выход дополнительного дифференциального каскада (20) связан с первым (12) токовым выходом второго (8) входного дифференциального каскада, а второй (24) токовый выход дополнительного дифференциального каскада (20) связан со вторым (16) токовым выходом второго (8) входного дифференциального каскада. 5 ил.

Мультиплексор потенциальных сигналов датчиков // 2621292

Изобретение относится к области радиоэлектроники и вычислительной техники. Технический результат заключается в обеспечении дополнительно к режиму последовательного во времени преобразования входных потенциальных сигналов в выходное напряжение, алгебраического суммирования входных дифференциальных и недифференциальных напряжений, а также изменения их фазы в процессе мультиплексирования. Мультиплексор содержит N входных дифференциальных каскадов, имеющих инвертирующий и неинвертирующий входы, логический потенциальный вход для включения/выключения дифференциального каскада, и токовый выход, связанный с входом выходного буферного усилителя. Причем каждый из N входных дифференциальных каскадов имеет диапазон линейной работы по дифференциальному входу, превышающий максимальную амплитуду его входного дифференциального напряжения, потенциальный выход выходного буферного усилителя соединен с инвертирующим входом первого входного дифференциального каскада, неинвертирующий вход которого связан с общей шиной источника питания, причем каждый логический потенциальный вход включения/выключения каждого входного дифференциального каскада связан с выходом соответствующих из N триггеров, входы управления состоянием которых соединены с выходами цифрового управляющего устройства. 17 ил.