Дифференциальный операционный усилитель с пассивным параллельным каналом

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 уменьшение абсолютного значения систематической составляющей напряжения смещения нуля и его температурного и радиационного дрейфа. Дифференциальный операционный усилитель с пассивным параллельным каналом содержит два входных транзистора, два выходных транзистора, являющиеся полевыми транзисторами с управляющим p-n переходом, неинвертирующий каскад и управляемый источник тока. 1 з.п. ф-лы, 9 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, в фотоприемных устройствах, решающих усилителях с малыми значениями входной проводимости).

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные операционные усилители (ОУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают комплементарные каскодные ОУ [1-11]. Такие ОУ имеют предельно простую структуру и характеризуются малым энергопотреблением.

Предлагаемое изобретение относится к данному классу устройств.

Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема дифференциального ОУ фиг.1, представленная в патенте США №4.714.894, fig. 1, которая также присутствует в большом числе других патентов и монографий, например, [12-18]. Он содержит первый 1 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 2 шиной источника питания, а база подключена к первому 3 неинвертирующему входу устройства, первый 4 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером первого 1 входного транзистора, а коллектор соединен с неинвертирующим входом 5 первого 6 неинвертирующего каскада, согласованного со второй 7 шиной источника питания, выход устройства 8, соединенный с токовым выходом 9 первого 6 неинвертирующего каскада и связанный с первой 2 шиной источника питания через источник тока 10, второй 11 входной транзистор, база которого связана с первым 12 инвертирующим входом устройства, а эмиттер подключен к эмиттеру второго 13 выходного транзистора.

Существенный недостаток известного ОУ фиг.1 состоит в том, что он имеет повышенное значение систематической составляющей напряжения смещения нуля (Uсм), что связано с несимметрией его архитектуры. Кроме этого, известный ОУ характеризуется только двумя входами, что не позволяет отнести его к подклассу мультидифференциальных ОУ.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм, а также его температурного и радиационного дрейфа.

Дополнительная задача - увеличение числа дифференциальных входов ОУ.

Поставленная задача достигается тем, что в операционном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 2 шиной источника питания, а база подключена к первому 3 неинвертирующему входу устройства, первый 4 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером первого 1 входного транзистора, а коллектор соединен с неинвертирующим входом 5 первого 6 неинвертирующего каскада, согласованного со второй 7 шиной источника питания, выход устройства 8, соединенный с токовым выходом 9 первого 6 неинвертирующего каскада и связанный с первой 2 шиной источника питания через источник тока 10, второй 11 входной транзистор, база которого связана с первым 12 инвертирующим входом устройства, а эмиттер подключен к эмиттеру второго 13 выходного транзистора, предусмотрены новые элементы и связи - в качестве первого 4 и второго 13 выходных транзисторов используются полевые транзисторы с управляющим р-n переходом, затворы которых соответствуют базам, истоки - эмиттерам, а стоки - коллекторам транзисторов, затвор второго 13 выходного транзистора соединен со вторым 14 неинвертирующим входом устройства, а сток подключен ко второй 7 шине источника питания, затвор первого 4 выходного транзистора соединен со вторым 15 инвертирующим входом устройства, причем в качестве источника тока 10 используется управляемый источник тока, неинвертирующий управляющий вход 16 которого соединен с коллектором второго 11 входного транзистора.

Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.

На чертеже фиг.3 показана схема фиг.2 с конкретным выполнением первого 6 неинвертирующего каскада и управляемого источника тока 10.

На чертеже фиг.4 показана схема фиг.2 с другим вариантом выполнения первого 6 неинвертирующего каскада и управляемого источника тока 10.

На чертеже фиг.5 представлена схема усилителя фиг.3 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов АБМК_1_3.

На чертеже фиг.6 показана температурная зависимость напряжения смещения нуля операционного усилителя фиг.5.

На чертеже фиг.7 приведена схема усилителя фиг.3 в среде PSpice на моделях биполярных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» и полевых транзисторах АБМК_1_3 с конкретным выполнением буферного усилителя 24.

На чертеже фиг.8 представлена температурная зависимость напряжения смещения нуля ОУ фиг.7, а на чертеже фиг.9 - логарифмическая амплитудно-частотная характеристика разомкнутого ОУ фиг.7.

Дифференциальный операционный усилитель с пассивным параллельным каналом фиг.2 содержит первый 1 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 2 шиной источника питания, а база подключена к первому 3 неинвертирующему входу устройства, первый 4 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером первого 1 входного транзистора, а коллектор соединен с неинвертирующим входом 5 первого 6 неинвертирующего каскада, согласованного со второй 7 шиной источника питания, выход устройства 8, соединенный с токовым выходом 9 первого 6 неинвертирующего каскада и связанный с первой 2 шиной источника питания через источник тока 10, второй 11 входной транзистор, база которого связана с первым 12 инвертирующим входом устройства, а эмиттер подключен к эмиттеру второго 13 выходного транзистора. В качестве первого 4 и второго 13 выходных транзисторов используются полевые транзисторы с управляющим р-n переходом, затворы которых соответствуют базам, истоки - эмиттерам, а стоки - коллекторам транзисторов, затвор второго 13 выходного транзистора соединен со вторым 14 неинвертирующим входом устройства, а сток подключен ко второй 7 шине источника питания, затвор первого 4 выходного транзистора соединен со вторым 15 инвертирующим входом устройства, причем в качестве источника тока 10 используется управляемый источник тока, неинвертирующий управляющий вход 16 которого соединен с коллектором второго 11 входного транзистора.

На чертеже фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, база первого 1 входного транзистора и затвор первого 4 выходного транзистора соединены с общей шиной источников питания 17. При этом управляемый источник тока 10 реализован на основе двухполюсника 18, транзисторе 19 и цепи смещения потенциалов 20, а первый 6 неинвертирующий каскад выполнен на транзисторе 21, цепи смещения потенциалов 22 и двухполюснике 23.

На чертеже фиг.4 управляемый источник тока 10 реализован на основе р-n перехода 26, транзисторов 27 и 28, а первый 6 неинвертирующий каскад выполнен на транзисторе 29, р-n переходе 30 и транзисторе 31, а также резисторе 32. Схема также содержит буферный усилитель 33, выход которого 34 является выходом устройства.

Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля UCM в схеме фиг.2, т.е. зависящие от схемотехники ОУ.

Токи истока и стока полевых транзисторов 4 и 13 (IИ=IС=I0) зависят от крутизны их стокозатворной характеристики при Uзи4=Uзи.13 ≈0,7 В. При идентичных р-n переходах первого 1 и второго 11 входных транзисторов, а также идентичных полевых транзисторах 13 и 4, коллекторный ток транзистора 11 и ток истока транзистора 4 также будут равны величине I0. Следовательно, при нулевом «разностном» токе в выходном узле 8 напряжение смещения нуля Uсм рассматриваемого ОУ близко к нулю

U с м = U э б .11 U з и .13 0,                                                                            (1)

так как

U э б .4 = U э б .1 ,      U э б .11 = U э б .1 ,                                                                                              (2) U э и .4 = U з и .13 .                                                                                     

Таким образом, в рассматриваемой схеме обеспечивается малое напряжение смещения нуля.

Дифференциальный коэффициент усиления по напряжению заявляемого ДУ фиг.2:

K y = u в ы х .8 u в х .1 u в х .2 = u в ы х .8 u в х .1.2 R н . э к в r э 11 + S 13 1 ,                                                        (3)

где r э 1 1 ϕ т I 0 - сопротивление эмиттериого перехода транзистора 11;

S13 - крутизна стокозатворной характеристики полевого транзистора 13;

φТ=26 мВ - температурный потенциал;

Rн.экв - эквивалентное сопротивление нагрузки ОУ, подключаемой к выходу 8.

При изменении температуры (или уровня радиации) изменяется ток стока транзистора 13. Однако точно также (в связи с симметрией эмиттерных цепей транзисторов 11 и 1) изменяется ток истока транзистора 4 и коллекторный ток транзистора 11, которые передаются к выходному узлу 8 и компенсируют друг друга. В результате Uсм схемы фиг.2 изменяется незначительно.

Таким образом, в заявляемом устройстве в связи с симметрией схемы уменьшается систематическая составляющая напряжения смещения нуля UCM и его дрейфа.

В соответствии с п.2 формулы изобретения, входы 3 и 15 могут иногда не использоваться. В этом случае транзисторы 1 и 4 образуют пассивный канал, который не участвует в передаче входного сигнала (Uвх=Uвх.2-Uвх.1) и служит только для компенсации напряжения смещения нуля ОУ. Однако компенсация Uсм сохраняется и в случае использования входов 3 и 15 для подключения к другим входным напряжениям ДУ, который становится мультидифференциальным усилителем.

Таким образом, заявляемое устройство может иметь 4 входа, обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока и может использоваться в качестве IP-модулей современных систем на кристалле, реализуемых, например, по технологии аналоговых базовых матричных кристаллов АБМК_1_3.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент США №4.415.868 fig.3

2. Патент ФРГ №2928841 fig.3

3. Патент Японии JP 54-34589, кл. 98(5) А014

4. Патент Японии JP 154-10221, кл. H03F 3/45

5. Патент Японии JP 54-102949, кл. 98(5)А21

6. Патент США №4.366.442 fig. 2

7. Патент США №6.426.678

8. Патентная заявка США 2007/0152753 fig. 5 с

9. Патент США №6.531.920, fig.

10.Патент США №4.262.261

11. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. - 2-е изд., перераб. - М: ИП РадиоСофт, 2002. - 272 с. - Рис.9.3 (стр.235).

12. Патент US 4.714.894 fig. 1

13. Патент US 6.492.871 fig. 3b, fig. 5

14. Патент US 4.749.958 fig. 2

15. Патент US 4.749.831

16. Патент US 6.249.153 fig. 9

17. Патентная заявка US 2009/0033423

18. Патент SU 1283946.

1. Дифференциальный операционный усилитель с пассивным параллельным каналом, содержащий первый (1) входной транзистор, коллектор которого соединен с первой (2) шиной источника питания, а база подключена к первому (3) неинвертирующему входу устройства, первый (4) выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером первого (1) входного транзистора, а коллектор соединен с неинвертирующим входом (5) первого (6) неинвертирующего каскада, согласованного со второй (7) шиной источника питания, выход устройства (8), соединенный с токовым выходом (9) первого (6) неинвертирующего каскада и связанный с первой (2) шиной источника питания через источник тока (10), второй (11) входной транзистор, база которого связана с первым (12) инвертирующим входом устройства, а эмиттер подключен к эмиттеру второго (13) выходного транзистора, отличающийся тем, что в качестве первого (4) и второго (13) выходных транзисторов используются полевые транзисторы с управляющим р-n переходом, затворы которых соответствуют базам, истоки - эмиттерам, а стоки - коллекторам транзисторов, затвор второго (13) выходного транзистора соединен со вторым (14) неинвертирующим входом устройства, а сток подключен ко второй (7) шине источника питания, затвор первого (4) выходного транзистора соединен со вторым (15) инвертирующим входом устройства, причем в качестве источника тока (10) используется управляемый источник тока, неинвертирующий управляющий вход (16) которого соединен с коллектором второго (11) входного транзистора.

2. Дифференциальный операционный усилитель с пассивным параллельным каналом по п.1, отличающийся тем, что база первого (1) входного транзистора и затвор первого (4) выходного транзистора соединены с общей шиной источников питания (17).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (К0) на частоте квазирезонанса f0.

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, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов).

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является повышение добротности амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса fo.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является повышение добротности амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса fo.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления за счет повышения добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0.

Изобретение относится к схемам для улучшения избирательности входных каскадов приемников, подходящих для беспроводной связи. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в качестве устройства усиления аналоговых сигналов датчиков различного функционального назначения.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. .

Изобретение относится к дифференциальному усилительному устройству и, более конкретно, к коррекции напряжения смещения дифференциального усилительного устройства.

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники, связи. Техническим результатом является повышение коэффициента ослабления входного синфазного напряжения и исключение синфазной составляющей в выходных сигналах операционных усилителей, что позволит повысить эффективность использования их амплитудной характеристики. Инструментальный усилитель содержит: входной прецизионный преобразователь (1) первого (2) и второго (3) источников входных напряжений, связанных с общей шиной питания (4), первый (9), второй (10) и третий (11) резисторы обратной связи, активный сумматор (12) с инвертирующим (13) и неинвертирующим (14) входами. 3 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п. Технический результат - уменьшение общего энергопотребление за счет увеличения затухания входного сигнала в диапазоне низких частот при повышенной и стабильной добротности АЧХ ИУ и коэффициенте усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0. Управляемый избирательный усилитель содержит источник входного сигнала, два входных транзистора, два токостабилизирующих двухполюсника, источник питания, токовое зеркало, два корректирующих конденсатора, резистор и буферный усилитель. В качестве входных транзисторов используются полевые транзисторы, исток которых соответствует эмиттеру, сток - коллектору, а затвор - базе биполярного транзистора. 8 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. Техническим результатом является уменьшение систематической составляющей напряжения смещения нуля, а также его температурного и радиационного дрейфа. Гибридный дифференциальный усилитель содержит первый (1) входной транзистор, база которого подключена к неинвертирующему входу (2) устройства, коллектор связан с первой (3) шиной источника питания, а эмиттер соединен с эмиттером второго (4) входного транзистора, причем база второго (4) входного транзистора соединена с инвертирующим входом (5) устройства, а его коллектор соединен с выходом (6) устройства и связан со второй (7) шиной источника питания через цепь нагрузки (8). В качестве первого (1) входного транзистора используется первый (1) полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соответствует базе, исток - эмиттеру, а сток - коллектору биполярного транзистора, а цепь нагрузки (8) содержит второй (9) полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого соединен со второй (7) шиной источника питания, сток связан с коллектором второго (4) входного транзистора, а исток связан со второй (7) шиной источника питания через дополнительный p-n переход (10), идентичный эмиттерно-базовому переходу второго (4) входного транзистора. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления. Избирательный усилитель содержит первый (1) входной транзистор, база которого соединена со входом (2) устройства, а коллектор соединен с выходом (3) устройства и через первый (4) частотозадающий резистор связан с первой (5) шиной источника питания, первый (6) корректирующий конденсатор, включенный по переменному току параллельно первому (4) частотозадающему резистору, второй (7) входной транзистор, коллектор которого связан со второй (8) шиной источника питания, а эмиттер подключен к эмиттеру первого (1) входного транзистора, второй (9) частотозадающий резистор, первый вывод которого соединен с базой второго (7) входного транзистора, второй (10) корректирующий конденсатор, первый вывод которого соединен с базой второго (7) входного транзистора. Второй вывод второго (10) корректирующего конденсатора подключен к выходу (3) устройства, а второй вывод второго (9) частотозадающего резистора соединен с первым (11) источником вспомогательного напряжения. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Технический результат - повышение добротности АЧХ ИУ и его коэффициента усиления по напряжению (К0) на частоте квазирезонанса f0,что позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление. Избирательный усилитель содержит источник входного напряжения (1), преобразователь «напряжение-ток» (2), выходной транзистор (3), первую (4) шину источника питания, первый (5) частотозадающий резистор, первый (6) и второй (7) корректирующие конденсаторы, второй (8) и третий (9) частотозадающие резисторы, источник вспомогательного напряжения (10), отрицательную шину источника питания (11), общую шину источников питания (12), выход устройства (13), первый (14) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, дополнительный транзистор (15) и дополнительный конденсатор (16). 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к составному транзистору, который может быть использован в качестве устройства усиления аналоговых сигналов и в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Технический результат заключается в повышении в 8÷10 раз верхней граничной частоты различных усилителей за счет уменьшение входной и выходной емкостей используемого в них составного транзистора. Составной транзистор содержит входной транзистор (1), база которого является базой (2), а эмиттер - эмиттером (3) составного транзистора, выходной транзистор (4), коллектор которого является коллектором (5) составного транзистора, а эмиттер соединен с коллектором входного транзистора (1), при этом в схему введен дополнительный транзистор (6), статический режим которого по току эмиттера устанавливается дополнительным источником опорного тока (7), включенным между первой (8) шиной источника питания и эмиттером дополнительного транзистора (6), причем база дополнительного транзистора (6) соединена с базой входного транзистора (1), его коллектор связан с эмиттером входного транзистора (1), а эмиттер подключен к базе выходного транзистора (4). 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к управляемым избирательным усилителям. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса. Избирательный усилитель содержит источник сигнала, подключенный к базе первого входного транзистора, второй входной транзистор, первый токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого входного транзистора и первой шиной источника питания, второй токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго входного транзистора и первой шиной источника питания, первый корректирующий конденсатор, включенный между эмиттером первого и второго входных транзисторов, первый частотозадающий резистор, включенный между коллектором первого входного транзистора и второй шиной источника питания, второй корректирующий конденсатор, второй частотозадающий резистор. Второй корректирующий конденсатор включен между базой второго входного транзистора и коллектором первого входного транзистора, второй частотозадающий резистор включен между базой второго входного транзистора, связанной с выходом устройства и общей шиной источников питания, причем параллельно второму частотозадающему резистору включен по переменному току дополнительный корректирующий конденсатор. 8 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. Техническим результатом является повышение входных сопротивлений для дифференциального и синфазного сигналов по двум из четырех входов ОУ. В мультидифференциальном операционном усилителе в качестве первого (5) и второго (8) выходных транзисторов используются первый и второй полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом, затворы которых соответствуют базе, стоки - коллекторам, а истоки - эмиттерам соответствующих первого (5) и второго (8) выходных транзисторов, причем коллектор первого (1) входного транзистора связан со второй (10) шиной источника питания, сток второго (8) выходного полевого транзистора связан с первой (7) шиной источника питания, выход второго (9) токового зеркала подключен к выходу устройства (11), затвор первого (5) выходного полевого транзистора соединен со вторым (12) неинвертирующим входом устройства, а затвор второго (8) выходного полевого транзистора соединен со вторым (13) инвертирующим входом устройства. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к управляемым избирательным усилителям. Технический результат заключается в расширение частотного диапазона избирательного усилителя. Избирательный усилитель содержит основной операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен первый частотозадающий резистор, первый и второй частотозадающие конденсаторы, включенные последовательно между выходом основного операционного усилителя и его инвертирующим входом, второй частотозадающий резистор, первый вывод которого соединен с общим узлом последовательно включенных первого и второго частотозадающих конденсаторов, источник входного напряжения, связанный со вторым выводом второго частотозадающего резистора. Источник входного напряжения связан со вторым выводом второго частотозадающего резистора через дополнительный инвертирующий каскад, неинвертирующий вход которого соединен с инвертирующим входом основного операционного усилителя. 10 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты. Достигаемый технический результат: получение на выходе не только амплитудных изменений выходного сигнала под действием управляющего напряжения, но и его фазы, что позволяет подавить основные гармоники. Управляемый усилитель и смеситель аналоговых сигналов содержит первый (1) и второй (2) источники противофазных входных напряжений, первый (3) входной транзистор, эмиттер которого через первый (4) токостабилизирующий двухполюсник связан с первым (5) источником питания, второй (6) входной транзистор, эмиттер которого через второй (7) токостабилизирующий двухполюсник связан с первым (5) источником питания, третий (8) входной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером четвертого (9) входного транзистора и через третий (10) токостабилизирующий двухполюсник соединен с первым (5) источником питания, дифференциальную цепь нагрузки, согласованную со вторым источником питания. 3 з.п. ф-лы, 21 ил.
Наверх