Операционный усилитель на кмоп транзисторах

 

Изобретение относится к электронной технике, к операционным усилителям на комплементарных МОП транзисторах, и может использоваться в интегральных микросхемах дискретно-аналоговой обработки сигналов, в частности в фильтрах на коммутируемых конденсаторах. Цель изобретения -улучшениеустойчивости при работе на емкостную нагрузку. Операционный усилитель содержит первый-шестой транзисторы 1-6, первый-третий нагрузочные транзисторы 7-9, первый и второй источники 10 и 11 тока, первую и вторую шины 14 и 15 питания Цель достигается тем, что сток транзистора 4 соединен с шиной 14,затвор транзистора 9 - со стоком этого транзистора 9, причем соединенные стоки транзисторов 5,6 соединены с затвором транзистора 5 через последовательно соединенные резистор 12 и корректирующий конденсатор 13 Величина и фазовый сдвиг напряжения на выходе усилителя определяется характеристиками двух каналов усиления - основного канала, образованного транзисторами 1-3,5,7,8 и вспомогательного, образованного транзисторами 3,4,6,9 Сочетание двух каналов позволяет существенно снизить набег фазы на частоте единичного усиления схемы и обеспечивает устойчивую работу на емкостную нагрузку. 2 ил, г Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) Н 03 F 3/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и° и иы (21) 4499176/09 (22) 27.10.88 (46) 07.09.91. Бюл. М 33 (72) В.П.Попов, В.А.Рыжов и Л,Т.Иванисов (53) 621,375.026 (088,8) (56) Патент США М 4333058, кл. Н 03 F 3/45, опублик. 01.06,82. (54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА

КМОП-ТРАНЗИСТОРАХ (57) Изобретение относится к электронной технике, к операционным усилителям на комплементарных МОП транзисторах, и может использоваться в интегральных микросхемах дискретно-аналоговой обработки сигналов, в частности в фильтрах на коммутируемых конденсаторах. Цель изобретения — улучшение устойчивости при работе на емкостную нагрузку. Операционный усилитель содержит первый-шестой транзиИзобретение относится к электронной технике, в частности к операционным усилителям на комплементарных MOIL (КМОП) транзисторах, и может использоваться в интегральных микросхемах дискретно-анало-. говой обработки сигналов, в частности в фильтрах на коммутируемых конденсаторах, которые широко используются в устройствах связи и аппаратуре радио и гидролокации.

Цель изобретения — улучшение устойчивости при работе на емкостную нагрузку, На фиг. 1 представлена структурная принципиальная электрическая схема операционного усилителя; на фиг. 2 — то же, вариант выполнения.

„„59„„1676065 А1 сторы 1-6. первый — третий нагрузочные транзисторы 7-9, первый и второй источники 10 и 11 тока; первую и вторую шины 14 и

15 питания. Цель достигается тем, что сток транзистора 4 соединен с шиной 14,затвор транзистора 9 — со стоком этого транзистора 9, причем соединенные стоки транзисторов 5,6 соединены с затвором транзистора

5 через последовательно соединенные резистор 12 и корректирующий конденсатор

13. Величина и фазовый сдвиг напряжения на выходе усилителя определяется характеристиками двух каналов усиления — основного канала, образованного транзисторами

1-3,5,7,8 и вспомогательного, обраэованного транзисторами 3,4,6,9. Сочетание двух каналов поэвгпяет существенно снизить: З набег фазы на частоте единичного усиления схемы и обеспечивает устойчивую работу на емкастную нагрузку. 2 ил.

Операционный усилитель содержит первый-шестой транзисторы 1-6, пер- О вый-третий нагрузочные транзисторы 7- C)

9, первый 10 и второй 11 источники тока, 0 резистор 12, корректирующий конденса- . Ql тор 13, первую 14 и втарую 15 шины питания.

Устройство работает следующим обрав зом.

Подача на входы схемы дифференциального напряжения вызывает соответствующие изменения токов входных транзисторов первого и второго дифференциальных каскадов, причем изменения тока у транзисторов 2 и 4 будут одного знака. Это приводит к тому, что на эатво1676065

15 ры транзисторов 5 и 6 будут поданы соответствующие противофазные сигналы, что вызывает изменение выходного напряжения усилителя. Величина и фазовый сдвиг напряжения на выходе усилителя определяются характеристиками двух каналов усиления— основного канала, образованного транзисторами 1,2,3,5,7 и 8, и вспомогательного, образованного транзисторами 3,4,6 и 9, Высокое усиление основного канала и высокое выходное сопротивление в точке подключения затвора транзистора 5 приводят к значительному фазовому сдвигу в данном канале. При этом использование даже усо,вершенствованной цепи коррекции, содер;жащей конденсатор 13 и резистор 12 в ряде случаев не позволяет добиться устойчивой работы схемы на емкостную нагрузку.

Уменьшение набега фазы во вспомогательном канале может быть достигнуто за счет уменьшения постоянных времени во внутренних узлах данного канала и в первую очередь в узле подключения затвора транзистора 6. Постоянная времени в данном узле определяется произведением величины паразитной емкости в данном узле на выходное сопротивление второго дифференциального каскада вспомогательного канала. Соединение затвора и стока третьего нагрузочного транзистора 9 переводит данный транзистор в диодный режим.

При этом выходное сопротивление второго дифференциального каскада вспомогательного канала падает с десятков МОм до десятков кОм. Расчеты показывают, что частота доминирующего полюса при этом определяется крутизной третьего 3 и четвертого 4 транзисторов и емкостью нагрузки, Таким образом., вспомогательный канал, по сути дела, является однокаскадным усилителем и обладает сравнительно малым коэффициентом передачи при очень широкой полосе пропускания и малом фазовом сдвиге.

Коррекция однокаскадных усилителей осуществляется за счет собственно емкости нагрузки и внутренних корректирующих конденсаторов, как правило, не требует.

Выходной сигнал усилителя определяется суммой выходных сигналов обоих каналов. В районе частоты единичного усиления основного канала набег фазы в данном канале значителен и может приближаться к 180О. В то же время, набег фазы во вспомогательном канале на этой же частоте составляет величину порядка

20 — 60 при коэффициенте передачи близком к 1, s результате чего суммарный фазовый сдвиг составляет 100 — 120, что обеспечивает достаточный запас устойчивости схемы. При дальнейшем повышении частоты выходной сигнал определяется в основном работой вспомогательного канала, который гарантированно закорректирован емкостью нагрузки. Таким образом, сочетание данных двух каналов позволяет существенно снизить набег фазы на частоте единичного усиления схемы и обеспечивает устойчивую работу на емкостную нагрузку.

Формула изобретения

Операционный усилитель на КМОПтранзисторах, содержащий первый и второй дифференциальные каскады, включенные параллельно по входу, и выходной двухтактный каскад, при этом первый дифференциальный каскад выполнен на первом и втором транзисторах, имеющих один тип, истоки которых соединены и через первый источник тока подключены к первой шине питания, стоки соединены соответственно со стоком первого и стоком и затвором второго нагрузочных транзисторов, имеющих другой.тип, второй дифференциальный каскад выполнен на третьем и четвертом транзисторах, имеющих тип первого нагрузочного транзистора, истоки третьего и четвертого транзисторов соединены и через второй источник тока подключены к второй шине питания, к которой подключены истоки первого и второго нагрузочных транзисторов, сток третьего транзистора соединен со стоком третьего нагрузочного транзистора, имеющего тип первого транзистора, причем источник третьего нагрузочного транзистора подключен к первой шине питания, выходной двухтактный каскад выполнен на пятом и шестом транзисторах, имеющих разный тип, включенных по схеме с общим истоком, затворы которых соединены с прямыми выходами соответственно первого и второго дифференциальных каскадов, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения устойчивости при работе на емкостную нагрузку, сток четвертого транзистора соединен с первой шиной питания, затвор третьего нагрузочного транзистора соединен со стоком этого транзистора, причем соединенные стоки пятого и шестого транзисторов соединены с затвором пятого транзистора через последовательно соединенные введенные резистор и корректирующий конденсатор.

1676065 (+Х®

Составитель И.Водяхина

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Øàðîøè

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 3012 Тираж 436 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101