Дифференциальный усилитель

 

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться при создании схем компараторов, операционных усилителей , формирователей импульсных сигналов. Цель изобретения - повышение точности путем стабилизации напряжения |П смещения нуля при изменении входного сигнала и быстродействия дифференциального усилителя (ДУ), В каждом плече ДУ протекает наряду с частью тока от основного источника 9 стабильного тока и ток от одного из дополнительных источников 10, 11 стабильного тока. Затворы каскадных транзисторов 3, 4 управляются сдвинутым по уровню напряжениями. В режиме большого разностного сигнала переброс тока из одного плеча ДУ в другое ограничивается одним из двух дополнительных источников 10,11. Каждый из них задает в соответствующем плече минимально допустимый ток, при котором обеспечивается стабилизация напряжения исток-сток входных транзисторов 1, 2 дифференциальной пары. 1 ил. -,-о 8

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з Н 03 F 3/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ и ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4841774l09 (22) 23.04.90 (46) 23.10.92. Бюл. hL 39 (71) Научно-производственное объединение . "Вента". (72) Ю.M.Ãðåøèùåâ, А.Ю.Вонятыцкий, A.Ã.Êèñåëåâ и Р.Б.навицкас (56) Патент Великобрйтании

N; 2132435, кл. Н 03 F 3/16, опублик.

04,07.84, фиг.3. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электронной технике и может использоваться при создании схем компараторов, операционных усилителей, формирователей импульсных . сигналов. Цель изобретения — повышение точности путем стабилизации напряжения Ж 1771065 А1 смещения нуля при изменении входного сигнала и быстродействия дифференциального усилителя (ДУ). В каждом плече ДУ протекает наряду с частью тока от основного источника 9 стабильного тока и ток от одного из дополнительных источников 10, 11 стабильного тока. Затворы каскадных транзисторов 3, 4 управляются сдвинутым по уровню напряжениями. В режиме большого разностного сигнала переброс тока из одного плеча ДУ в. другое ограничивается одним из двух дополнительных источников

10, 11. Каждый из них задает в соответствующем плече минимально допустимый ток, при котором обеспечивается стабилизация напряжения исток-сток входных транзисторов 1, 2 дифференциальной пары. 1 ил.

1771065 (4) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при создании сверхскоростных полупроводниковых схем компараторов напряжения, операционных усилителей, формирователей импульсных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности путем стабилизации напряжения смещения нуля при изменении входного сигнала.

На чертеже представлена структурнопринципиальная электрическая схема дифференциального усилителя, Дифференциальный усилитель содержит первый — четвертый полевые транзисторы, t, 2, 3, 4, первый, второй элементы сдвига уровня 5, 6, нагрузочные резисторы

7, 8, источник 9 стабильного тока, первый, второй дополнительные источники 10, 11 стабильного тока, первый, второй токоограничивающие элементы 12. 13, шины 14, 15 питания дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель работает следующим образом.

В каждом плече дифференциального усилителя протекает наряду с частью тока от основного источника 9 стабильного тока также ток от одного из дополнительных источников f0, 11 стабильного тока, Затворы каскадных транзисторов 3, 4 управляются не одинаковыми, а сдвинутыми по уровню напряжениями соответствующих входов устройства. Однако, т.к. токи дополнительных источников 10, 11 меньше тока основного источника 9, то работа устройства в режиме малого сигнала не отличается от работы обычного дифференциального усилителя.

В режиме большого разностного сигнала переброс тока от одного плеча дифференциального усилителя в другое ограничивается одним из двух дополнительных источников 10, 11 стабильного тока, Каждый из источников 10, 11 задает в соответствующем плече минимально допустимый ток, при котором еще обеспечивается стабилизация напряжения исток-сток входных транзисторов 1, 2 дифференциальной пары.

Ограничение переброса тока от одного плеча в другое уменьшает максимальную величину разм,эха напряжения на алемантах нагрузки 7, 8. Рассмотрим более подробно работу устройства, Смещение нуля дифференциального усилителя равно

Оси - Uwg — Озим, (1) где: Оз », U»j — напряжение затвор-исток основных транзисторов 1, 2 при разности

45 напряжений на элементах нагрузки 7, 8 (выходе усилителя), равной нулю.

Постоянное, независящее от входного сигнала, смещение нуля не ограничивает очность дифференциального усилителя, т.е,способность сравнивать напряжения на затворах основных транзисторов I, 2 (входах ДУ) с известной погрешностью.

Причиной нестабильности Uc является гистерезис стоковых характеристик арсенид-галлиевых транзисторов, который проявляется при изменении напряжений сток-исток транзисторов в виде медленных изменений напряжения затвор-исток, Максимальное изменение напряжения затвористок одного транзистора равно:

ЬОзилпах = Г Л Оси,вах (2) где à — конструктивный параметр транзистора.

Каскодно включенные транзисторы 3,4 со схемами сдвига уровня 5, 6 стабилизируют напряжение сток-исток соответствующих основных транзисторов 1, 2 при изменении напряжения затворов и токов этих транзисторов в соответствии с формулами

Оси1 = Ози1+ Осдв — Ози3, Оси2 = Ози2 + Осдв — Оэи4, (3) где Оси1, Оси2 — напряжения сток-исток Основных транзисторов 1у2, U»3, U»4 — напряжение затвор-исток каскодных транзисторов 3. 4;

Осдв — напряжение смещения схем сдвига уровня 5, 6.

Основной транзис1юр 1 (2) и каскодный транзистор 3 (4) технологически выполняются идентичными. Это можно сделать, так как транзисторы имеют одинаковую проводимость и их параметры не Ограничены другими требованиями, Благодаря введению схем сдвига уровня 5, 6 электрический режим основных транзисторов 1, 2 в режиме баланса дифференциального усилителя устанавливается одинаковым с электрическим режимом каскадных транзисторов 3, 4. Тогда справедливо

Ози1 - Ози3, Ози2 = Ози4

Оси1 = Оси2 - Осдв (5)

Предположим, что напряжения затвористок каскодных транзисторов 3, 4 не зависят от напряжениЙ сток-исток этих транзисторов.

Стабилизация смещения нуля и повышение точности дифференциального усилителя будет при любых значениях входного сигнала, если ток истока основных транзисторов 1,2 и каскодных транзисторов 3,4 не принимает нулевых значений.

1771065

Кроме поставленной основной цели— повышения точности дифференциального усилителя путем стабилизации смещения нуля при изменении входного сигнала, и редлагаемое решение позволяет повысить быстродействие устройства.

Повышение быстродействия происходит благодаря введению токоограничивающих элементов 12, 13 и двух дополнительных источников тока 10, 11 за счет ограничения изменения тока 10, 11 за счет ограничения изменения тока в цепи основных транзисторов и нагрузки., 5

15

Составитель И.Водяхина

Тех ред M.Моргентал Корректор Я. (Ерециан

Редактор О,Стенина

Заказ 3748 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

Это обеспечивается с помощью введенных дополнительных источников 10, 11 стабильного тока и токоограничивающих элементов 12, 13.

Минимаьлный ток транзисторов 1, 3 равен величине тока источника 10. соответственно минимальный ток транзисторов 2, 4 равен величине тока источника 11.

Таким образом, повышение точности дифференциального усилителя путем стабилизации напряжения смещения нуля при изменении входного сигнала достигнуто за счет двух средств:

А. Введения дополнительных схем сдвига уровня 5, 6, позволяющих выполнить основные 1, 2 и каскадные транзисторы 3, 4 идентичной конструкции, а также обеспечить их одинаковый электрический режим, что является необходимым условием стабилизации смещения нуля и повышения точности дифференциал ьного усилителя.

Б. Введения двух токоограничивающих элементов 12, 13, являющихся необходимым условием стабилизации смещения нуля и повышения точности дифференциального усилителя в режиме большого сигнала.

В отдельности каждое из средства А.Б. является необходимым, но недостаточным для достижения поставленной цели — повышения точности дифференциального усилителя.

Если снять введенное ранее предположение о независимости напряжения затвор-исток каскодных транзисторов 3, 4 от напряжения сток-исток этих транзисторов, то равенства 4, 5 будет выполняться как приближенные.

Стабилизация напряжения смещения куля при изменении входного сигнала будет частичной и характеризоваться коэффициентом стабилизации, численно равным квадрату коэффициента Г.

Формула изобретения

Дифференциальный усилитель, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых являются входами дифференциального усилителя, стоки соединены с истоками соответственнотретьего и четвертого полевых транзисторов, стоки которых являются выходами дифференциального усилителя, а также источник стабильного тока, вывод питания которого соединен с шиной питания дифференциального усилителя, о тл ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности путем стабилизации напряжения смещения нуля при изменении входного сигнала, в него введены первый и второй элементы сдвига уровня, включенные между затворами соответственно первого, третьего и второго, четвертого полевых транзисторов, а также введены последовательно соединенные первый и второй токоограничивающиеэлементы, точка соединения которых подключена к выходу источника стабильного тока, к шине питания которого подключены шины питания введенных первого и второго дополнительных источников стабильного тока, выходы которых подключенм к истокам соответственно первого и второго полевых транзисторов.