Операционный усилитель

 

Изобретение относится к усилительным устройствам и предназначено для использования в усилителях, которые являются элементами аналоговых и аналого-цифровых систем на полевых транзисторах. Цель изобретения - уменьшение потребляемого тока в режиме покоя. Операционный усилитель содержит первый и второй дифференциальные каскады (полевые транзисторы 2,3,4 и 17,18,19), первую и вторую выходные цепи (полевые транзисторы 5,6.7,8, 9,10,11,12, 13, 14. 15, 16), первый и второй истоковые повторители (полевые транзистор 21, 22, 23, 25, 27), выходной каскад (полевые транзисторы 29, 30), усилитель синфазного напряжения (полевые транзисторы 32, 33, 34, 35,36.37,38). Цель обеспечивается благодаря введению усилителя синфазного напряжения , взаимодействующего с элементами дифференциальных каскадов, и иному выполнению генераторов тока первого и второго дифференциальных каскадов. 1 ил. у Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (s1)s Н 03 Е 3/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827962/09 (22) 22.05.90 (46) 07.08.92. Бюл. М 29 (71) Новосибирский электротехнический институт связи им, Н. Д. Псурцева (72) Д. Л, Шлемин (56) Fisher !. Koch R. a hlhgly linear crnos

buffer amplifier. — lEEE Journal of Solid—

State circuits. Vol. — $с — 22, 1987, М 3, рр.

330-334. (54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к усилительным устройствам и предназначено для использования в усилителях, которые являются элементами аналоговых и аналого-цифровых систем на полевых транзисторах. Цель изобретения — уменьшение потребляемого тока в режиме покоя, Операционный усилитель содержит первый и второй дифференциальные каскады (полевые транзисторы 2, 3, 4 и

17, 18, 19), первую и вторук) выходные цепи (полевые транзисторы 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. 15, 16), первый и второй истоковые повторители (полевые транзистор 21, 22, 23, 25, 27), выходной каскад (полевые транзисторы 29, 30), усилитель синфазного напряжения (полевые транзисторы 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38). Цель обеспечивается благодаря введению усилителя синфазного напряжения, взаимодействующего с элементами дифференциальных каскадов, и иному выполнению генераторов тока первого и вто- я рого дифференциальных каскадов. 1 ил.

1753583

Изобретение относится к усилительным устройствам и предназначено для использования в усилителях различного назначения, которые являются элементами аналоговых и аналого-цифровых систем на

КМОП транзисторах.

Цель изобретения — уменьшение потребляемого тока в режиме покоя.

На чертеже представлена принципи10 альная электрическая схема операционного усил ител я, ОУ содержит комплементарный входной дифференциальный каскад 1 на транзисторах 2-19, первый истоковый повторитель 20 на транзисторах 21 — 23, второй истоковый повтор.1тель 24 на транзисторах 25-27, выходной каскад 28 на транзисторах 29 и 30, усилитель 31 синфазного напряжения на транзисторах 32-38, общий вывод источника 39 питания, вывод

40 положительного источника питающего

15 ния, равного половине напряжения питания, первый источник 42 напряжения смещения, второй источник 43 напряжения смещения, третий источник 44 напряжения смещения, четвертый источник 45 напряжения смещения, инвертирующий вход 46, неинвертирующий вход 47, выход 48.

ОУ работает следующим образом.

При подаче на входы 46 и 47 ОУ входно25

30 го напряжения, синфазная составляющая которого близка к йоловине напряжения питания, происходит усиление дифференциальной составляющей этого напряжения посредством обоих дифференциальных пар транзисторов 3, 4 и 18, 19, а также суммирования выходных токов этих пар посредством каскадов с общим затвором на транзисторах 7, 8 и 13, 14. Усилитель синфазного напряжения 31 при подключении к

40 затворам транзисторов 5 и 6 стока и затвора транзистора 38, через который протекает ток, пропорциональный синфазному выходному напряжению каскада 1, образует ООС по синфазному напряжению. Введение ООС

45 стало возможным благодаря выполнению первого каскада 1 полностью дифференциальным. Действие ООС приводит к тому, что синфазное выходное напряжение каскада

1, измеряемое в точках соединения истоков транзисторов 9, 11 и 10, 12 соответственно 50 относительно общего вывода источника питания, становится равным с точностью до напряжения смещения усилителя синфазного напряжения напряжению на выводе

41, . 55

Для обеспечения работы ОУ при минимальном напряжении питания следует выбрать значение напряжения на выводе 41, напряжения, вывод 41 источника напряже- 20 равным половине напряжения питания. Со стока транзистора 14 усиленное дифференциальное напряжение подается на вход первого истокового повторителя 20, а в качестве дополнительного возбуждения сигнала берется противофазное усиленное дифференциальное напряжение, вырабатываемое другим плечом выходной цепи каскада 1. Аналогично возбуждается второй истоковый повторитель 24. Выходные сигналы истоковых повторителей посредством токовых зеркал на транзисторах 23, 30 и 27, 29 соответственно отражаются в выходном каскаде. На выходе 48 ОУ появляется уси- ленный дифференциальный сигнал, Если синфазная компонента входного напряжения близка к напряжению одного из выводов источника питающего напряжения, т,е. один из транзисторов 2 или 17 оказывается выведенным из режима генератора тока, то функционирование ОУ отличается от описанного только тем, что усиление сигнала производится только одной дифференциальной парой каскада 1.

Изменение рабочей точки каскада 1 в этом случае, проявляющееся в изменении синфазного выходного напряжения каскада 1, нейтрализуется действием ООС по синфазному напряжению.

Положительный эффект от предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в меньшем потребляемом токе в режиме покоя, Формула изобретения

Операционный усилитель, содержащий первый дифференциальный каскад, выполненный на первом и втором полевых транзисторах первой структуры, с первым генератороМ тока, выполненным на третьем полевом транзисторе первой структуры, исток которого соединен с общей шиной, а затвор является входом для подачи первого напряжения смещения, второй дифференциальный каскад, выполненный на первом и втором полевых транзисторах второй структуры, с вторым генератором тока, выполненным на третьем полевом транзисторе второй структуры, исток которого соединен с соответствующей шиной питания, а затвор является входом для подачи второго напряжения смещения, при этом затворы полевых транзисторов соответствующих плеч первого и второго дифференциальных каскадов попарно объединены и являются инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя соответственно, а первая выходная цепь первого дифференциального каскада вы1753583

5 6 полнена на четвертом-седьмом полевых рой структуры, а исток — с соответствующей транзисторах второй структуры и восьмом шиной питания, затвор двенадцатого полевто полевом транзисторе первой структуры, вого транзистора первой структуры со раявыходнаяцепьвторогодифференци- нен с затвором десятого полевого ального каскада выполнена на четвертом- транзистора первой структуры, а исток — с седьмом полевых транзисторах первой 5 общей шиной, а также тринадцатые поле- . структуры и восьмом полевом транзисторе вые транзисторы первой и второй структувторой структуры, причем стоки первого и ры, истоки которых объединены, сток второго полевых транзисторов дифферен- тринадцатого полевого транзистора первой циального каскада соединены с истоками структуры соединен с затвором и подклюшестого и седьмого и стоками четвертого 10 чен к затвору одиннадцатого нолевого трантруктуры, сток и пятого полевых транзисторов выходной зистора первой структ ы, цепи соответственно, затворы шестого и тринадцатого полевого транзистора второй седьмого полевых транзисторов каждой вы- структуры соединен с затвором и подклюходной цепи объединены и являются входа- чен к затвору девятого полевого транзистоми для подачи третьего и четвертого 15 ра второй структуры, о тл и ч а ю щ и с нап пряжения смещения соответственно, за- тем, что, с целью уменьшения потребляемотворы четвертого и пятого полевых транзи- го тока s режиме покоя, введен усилитель сторов в каждой выходной цепи синфаэного напряжения, выполненный на объединены и в первой выходной цепи сое- четырнадцатых полевых транзисторах пердинены с затвором полевого транзистора 20 вой и второй структур, пятнадцатом, шествторого генератора тока, сток и затвор вась- надцатом — девятнадцатом полевых мого полевого транзистора объединены и транзисторах второй структуры, причем исподключены к стоку седьмого транзистора токи четырнадцатого и пятнадцатого полекаждой выходной цепи, а истоки восьмых вых транзисторов второй структуры полевых транзисторов выходных цепей объ- 25 соединены с соответствующей шиной питаединены, первый истоковый повторитель, ния, затворы объединены и являются вховыполненный на девятом и десятом поле- дом для подачи второго напряжения вых транзисторах первой структуры идевя- смещения, истоки шестнадцатого и семтом полевом транзисторе второй структуры, надцатого полевых транзисторов второй при этом затвор девятого полевого транзи- 30 структуры объединены и подключены к стостора соединен с затвором восьмого поле- ку четырнадцатого полевого транзистора вого транзистора первой выходной цепи, второй структуры, истоки восемнадцатого и сток — соединен с соответствующей шиной девятнадцатого полевых транзисторов втопитания, исток-с истоком девятого полево- рой структуры объединены и подключены к готранэистора второй структуры, сток кото- 35 стоку пятнадцатого полевого транзистора рого соединен со стоком и затвором второй структуры, затворы семнадцатого и десятого полевого транзистора первой восемнадцатого полевых транзисторов втоструктуры, исток которого соедийен с об- рой структуры объединены и являются вхощей шиной, второй истоковый повторитель, . дом для подачи напряжения, равного выполненный на десятом и одиннадцатом 40 половине питающего напряжения, стоки полевых транзисторах второй структуры и шестнадцатого и девятнадцатого полевых одиннадцатом полевом транзисторе первой транзисторов второй структуры объединеструктуры, при этом затвор десятого поле- ны и подключены к общей шине, стоки семвого транзистора второй структуры соеди- надцатого и восемнадцатого полевых нен с затвором восьмого полевого 45 транзисторов второй структуры объединетранзистора второй структуры, сток — с об- ны и подключены к стоку и затвору четыр щей шиной, исток — с истоком одиннадцато- надцатого полевого транзисатора первой го полевого транзистора первой структуры, структуры и к объединенным затворам четсток которого соединен со стоком и затво- вертогоипятогополевыхтранзисторовперром одиннадцатого полевого транзистора 50 вой структуры второй выходной цепи, а второй структуры, исток которого соединен исток подключен к общей шине, при этом с соответствующей шиной питания, выход- сток тринадцатого полевого транзистора ной каскад, выполненный на двенадцатых первой структуры соединен со стоком шесполевых транзисторах второй и первой того полевого транзистора второй структуструктур. стоки которых объединены и явля- 55 ры первой выходной цепи, сток ю ся выходом операционного усилителя, тринадцатого полевого трайзйстора второй затвор двенадцатого полевого транзистора структуры соединен Со стоком шестого повторой структуры соединен с затвором левого транзистора первой структуры втоодиннадцатого полевого транзистора вто- рой выходной цепи, точка соединения

1753583. Составитель Д.Шлемин

Редактор М.бланар Техред М.Моргентал Корректор M,Äåì÷èê.

Заказ 2774 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 истоков трйнадцатых полевых транзисторов соединена с затвором шестнадцатого

-nonesoro транзистора. точка соединения истоков восьмых полевых транзисторов — с затвором девятнадцатого полевого транзистора усилителя синфазного напряжения, а стоки третьих транзисторов первого и второго генераторов тока являются выходами первого и второго генераторов тока соответ5 ственно.