RU2293433C1 - Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal - Google Patents
Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293433C1 RU2293433C1 RU2005128887/09A RU2005128887A RU2293433C1 RU 2293433 C1 RU2293433 C1 RU 2293433C1 RU 2005128887/09 A RU2005128887/09 A RU 2005128887/09A RU 2005128887 A RU2005128887 A RU 2005128887A RU 2293433 C1 RU2293433 C1 RU 2293433C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- reference current
- remote control
- source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
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, операционных усилителях (ОУ)).The invention relates to the field of radio engineering and communications and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps)).
Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ), реализованных на основе классического параллельно-балансного каскада с источником опорного тока в общей эмиттерной цепи входных транзисторов и токовым зеркалом, выход которого подключен к нагрузке [1-9]. Такие ДУ стали одним из основных элементов современной аналоговой микросхемотехники широко используются в структуре различных прецизионных преобразователей «напряжение-ток» и операционных усилителях. Существенный недостаток таких ДУ состоит в том, что они имеют невысокие значения коэффициента ослабления входного синфазного сигнала (Кос.сф), который существенно зависит от выходного сопротивления источника опорного тока.Known schemes of classical differential amplifiers (DE), implemented on the basis of the classic parallel-balanced cascade with a reference current source in the common emitter circuit of the input transistors and a current mirror, the output of which is connected to the load [1-9]. Such remote controls have become one of the main elements of modern analog microcircuitry widely used in the structure of various precision voltage-current converters and operational amplifiers. A significant drawback of such remote controls is that they have low values of the attenuation coefficient of the input common-mode signal (K OS.sf ), which substantially depends on the output resistance of the reference current source.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в патенте США №4.264.873, содержащий входной параллельно-балансный каскад 1 с первым 2 источником опорного тока в общей эмиттерной цепи, выход которого 3 соединен со входом токового зеркала 4, вспомогательный транзистор 5, коллектор которого подключен к выходу токового зеркала 4 и выходу 6 дифференциального усилителя, а эмиттер соединен со вторым 7 источником опорного тока. Источники опорного тока 2 и 7 имеют соответственно выходные проводимости у2 и у7. База транзистора 5 связана с источником опорного напряжения Ec1.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier described in US patent No. 4.264.873, containing an input parallel-
Существенный недостаток известного ДУ (фиг.1) состоит в том, что он имеет невысокое ослабление входных синфазных сигналов.A significant drawback of the known remote control (figure 1) is that it has a low attenuation of the input common-mode signals.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов ДУ (Кос.сф).The main objective of the invention is to increase the attenuation coefficient of the input common mode signals of the remote control (K OS.sf ).
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальный усилитель (фиг.1), содержащий входной параллельно-балансный каскад 1 с первым 2 источником опорного тока в общей эмиттерной цепи, выход которого 3 соединен со входом токового зеркала 4, вспомогательный транзистор 5, коллектор которого подключен к выходу токового зеркала 4 и выходу 6 дифференциального усилителя, а эмиттер соединен со вторым 7 источником опорного тока, вводятся новые связи - первый источник опорного тока 2 в общей эмиттерной цепи входного параллельно-балансного каскада 1 связан с базой вспомогательного транзистора 5. В частном случае параллельно первому 2 источнику опорного тока включен третий 8 источник опорного тока, идентичный первому 2 и второму 7 источникам опорного тока.This goal is achieved by the fact that in the differential amplifier (figure 1), containing an input parallel-
Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения показана на фиг.2.The diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 показан заявляемый ДУ в соответствии с п.2 формулы изобретения, а на фиг.4 - конкретная реализация ДУ фиг.3. Здесь источники опорного тока 2, 7 и 12 реализованы на соответствующих биполярных транзисторах, статический режим которых устанавливается двухполюсником I0.Figure 3 shows the claimed remote control in accordance with
Схема ДУ в соответствии с п.3 формулы изобретения представлена на фиг.5, а на фиг.6 показан конкретный вариант построения дополнительного повторителя напряжения 13.The remote control circuit in accordance with
Результаты компьютерного моделирования ДУ фиг.1, фиг.4 и 5 в среде PSpice при дифференциальном и синфазном входных сигналах на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» и параметрах элементов (режимах), указанных на фиг.7 (заявляемый ДУ - фиг.5), фиг.8 (прототип - фиг.1), фиг.9 (заявляемый ДУ - фиг.5), фиг.10 (прототип - фиг.1) показаны на фиг.11, 12 и 13. Причем:The results of computer simulation of the remote control of FIG. 1, FIGS. 4 and 5 in the PSpice environment with differential and common-mode input signals on the models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP “Pulsar” and the parameters of the elements (modes) indicated in FIG. 7 (the claimed remote control is FIG. 5 ), Fig. 8 (prototype - Fig. 1), Fig. 9 (claimed DU - Fig. 5), Fig. 10 (prototype - Fig. 1) are shown in Figs. 11, 12 and 13. Moreover:
- фиг.7 - схема заявляемого ДУ при подаче на его входы дифференциального сигнала uас.1=uвх;- Fig.7 is a diagram of the claimed remote control when applying to its inputs a differential signal u ac.1 = u in ;
- фиг.8 - схема ДУ прототипа при подаче на его входы дифференциального сигнала uac.2=uвх;- Fig. 8 is a diagram of the remote control of the prototype when applying a differential signal u ac.2 = u in to its inputs;
- фиг.9 - схема заявляемого ДУ (фиг.5) при подаче на его входы синфазного сигнала;- Fig.9 is a diagram of the claimed remote control (Fig.5) when applying in-phase signal to its inputs;
- фиг.10 - схема ДУ прототипа (фиг.1) при подаче на его входы синфазного сигнала;- figure 10 is a diagram of the remote control of the prototype (figure 1) when applying to its inputs in-phase signal;
- фиг.11 - амплитудно-частотная характеристика крутизны (Sдс) преобразования входного дифференциального напряжения заявляемого ДУ (фиг.7) и ДУ прототипа (фиг.8) в их выходные токи;- Fig.11 - the amplitude-frequency characteristic of the slope (S DC ) of the conversion of the input differential voltage of the claimed remote control (Fig.7) and the remote control of the prototype (Fig.8) in their output currents;
- фиг.12 - амплитудно-частотные характеристики крутизны преобразования (Scc) входного синфазного напряжения заявляемого ДУ (фиг.9) и ДУ прототипа (фиг.10) в их выходные токи. Причем измерения проводились при подаче на базы входных транзисторов ДУ относительно общей шины одинаковых напряжений uc1=uc2=uс=uac;- Fig.12 - amplitude-frequency characteristics of the slope of the conversion (S cc ) of the input common-mode voltage of the claimed remote control (Fig.9) and the remote control of the prototype (Fig.10) into their output currents. Moreover, the measurements were carried out when applying to the base of the input transistors of the remote control relative to the common bus of the same voltage u c1 = u c2 = u c = u ac ;
- фиг.13 - частотная зависимость коэффициента ослабления входного синфазного напряжения заявляемого (фиг.7, 9) и известного (фиг.8, 10) усилителей.- Fig.13 is a frequency dependence of the attenuation coefficient of the input common-mode voltage of the claimed (Fig.7, 9) and known (Fig.8, 10) amplifiers.
На фиг.7-13 и в тексте описания приняты следующие обозначения параметров ДУ и элементов схемы:In Figs. 7-13 and in the text of the description, the following designations of the parameters of the remote control and circuit elements are adopted:
Куд - коэффициент передачи дифференциального входного напряжения ДУ uвх;To beats - the transmission coefficient of the differential input voltage of the remote control u I ;
Кус - коэффициент передачи синфазного входного напряжения uc.To us - the transfer coefficient of the common-mode input voltage u c .
Причем между этими параметрами и коэффициентом ослабления входных синфазных сигналов Кос.сф существует следующая взаимосвязьMoreover, between these parameters and the attenuation coefficient of the input common-mode signals K OS.sf there is the following relationship
где uвх - напряжение между входами ДУ;where u I - voltage between the inputs of the remote control;
uc - синфазное входное напряжение на входах ДУ;u c - common-mode input voltage at the inputs of the remote control;
uвых - выходное напряжение ДУ (uвых=iвыхRн);u o - remote control output voltage (u o = i o R n );
Rн - сопротивление нагрузки, подключаемое к выходу ДУ;R n - load resistance connected to the output of the remote control;
Sдс - крутизна передачи ДУ по дифференциальному входному сигналу uвх;S ds - the steepness of transmitting remote control by differential input signal u I ;
Scc - крутизна передачи ДУ по синфазному входному сигналу uc;S cc is the steepness of the remote control transmission by the in-phase input signal u c ;
C1=С2=Cs - емкость на подложку транзисторов источников опорного тока.C 1 = C 2 = C s is the capacitance on the substrate of the transistors of the sources of the reference current.
Дифференциальный усилитель (фиг.2) содержит входной параллельно-балансный каскад 1 с первым 2 источником опорного тока в общей эмиттерной цепи. Выход 3 каскада 1 соединен со входом токового зеркала 4, причем коллектор вспомогательного транзистора 5 подключен к выходу токового зеркала 4 и выходу 6 дифференциального усилителя, а эмиттер соединен со вторым 7 источником опорного тока. Первый источник опорного тока 2 в общей эмиттерной цепи входного параллельно-балансного каскада 1 связан с базой вспомогательного транзистора 5. Входами 8 и 9 ДУ (фиг.2) являются базы транзисторов 10 и 11.The differential amplifier (figure 2) contains an input parallel-
В соответствии с п.2 формулы изобретения (фиг.3) параллельно первому 2 источнику опорного тока включен третий 12 источник опорного тока, идентичный первому 2 и второму 7 источникам опорного тока.In accordance with
В соответствии с п.3 формулы изобретения (фиг.5) первый 2 источник опорного тока в общей эмиттерной цепи входного параллельно-балансного каскада 1 связан с базой вспомогательного транзистора 5 через дополнительный повторитель напряжения 13, который в частном случае выполнен на транзисторе 14 и двухполюснике 15 (фиг.6).In accordance with
Рассмотрим работу заявляемого ДУ на примере анализа схемы (фиг.3).Consider the operation of the claimed remote control by the example of circuit analysis (figure 3).
Если на входы 8 и 9 ДУ (фиг.3) подать синфазное входное напряжение uc=uc1=uc2, то в выходных проводимостях у2, у7, у12 источников опорного тока I2=I7=I12=I0 появятся переменные составляющиеIf the
Приращения токов i12, i2 поступают в общую эмиттерную цепь дифференциального каскада 1 и делятся пополам. Как следствие коллекторный ток транзистора 11 (ток выхода 3) и выходной ток i4 токового зеркала 4The increments of currents i 12 , i 2 enter the common emitter circuit of the
где α11≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 11;where α 11 ≈1 is the current gain of the emitter of
Ki≈1 - коэффициент усиления по току токового зеркала 4.K i ≈1 is the current gain of the
С другой стороны коллекторный ток транзистора 5On the other hand, the collector current of the
Таким образом, в выходной цепи 6 заявляемого ДУ происходит взаимная компенсация двух близких по величине токов iк5 и i4, обусловленных наличием на его входах 8 и 9 синфазной составляющей входного сигнала uc:Thus, in the
С учетом (1) и (4) из (5) можно найти, чтоIn view of (1) and (4), from (5) we can find that
Причем крутизна передачи синфазного сигнала и коэффициент передачи uc на выход ДУ (фиг.3)Moreover, the steepness of the common-mode signal transmission and the transfer coefficient u c to the remote control output (figure 3)
где Rн - сопротивление нагрузки ДУ.where R n is the load resistance of the remote control.
Коэффициент передачи ДУ (фиг.3) по дифференциальному входуThe transmission coefficient of the remote control (figure 3) on the differential input
где rэ10, rэ11 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 10 и 11;where r e10 , r e11 - resistance of the emitter junctions of
φт≈25 мВ - температурный потенциал;φ t ≈25 mV - temperature potential;
I0=I2=I7=I12.I 0 = I 2 = I 7 = I 12 .
В заявляемой схеме в соответствии с П2 формулы изобретения за счет интегральной технологии изготовления транзисторов и схемотехники обеспечивается высокая идентичность выходных проводимостей применяемых источников опорного тока 2, 7 и 12: у2=у12=у7=у0.In the claimed circuit in accordance with P2 of the claims, due to the integrated manufacturing technology of transistors and circuitry, a high identity of the output conductivities of the applied sources of the
Поэтомуtherefore
где I0=I2=I12=I7, у0=у2=у12=у7.where I 0 = I 2 = I 12 = I 7 , y 0 = y 2 = y 12 = y 7 .
Так как Ki=1, α11=α5≈1, из формулы (12) следует, что Кос.сф в заявляемом ДУ повышается в N раз (по сравнению с ДУ прототипом - фиг.1), гдеSince K i = 1, α 11 = α 5 ≈1, it follows from formula (12) that K os.sf in the claimed control unit increases N times (compared to the control unit prototype - figure 1), where
Реальные значения N достигают одного-двух порядков (N=10÷100 раз).Real values of N reach one or two orders of magnitude (N = 10 ÷ 100 times).
Полученные выше аналитические выводы подтверждаются результатами моделирования предлагаемых схем в среде PSpice с использованием моделей интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» (г.Москва).The analytical conclusions obtained above are confirmed by the results of modeling the proposed circuits in the PSpice environment using the integrated transistor models of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar (Moscow).
Коэффициент ослабления синфазного входного сигнала ДУ (фиг.5, 7) превышает величину Кос.сф>94 дБ в достаточно широком диапазоне частот (фиг.13). При этом в заявляемом ДУ (фиг.5, 7) расширяется диапазон частот по дифференциальному сигналу (фиг.11) с 482 до 745 МГц.The attenuation coefficient of the in-phase input signal of the remote control (Fig. 5, 7) exceeds the value of K OS.sf > 94 dB in a fairly wide frequency range (Fig. 13). At the same time, in the claimed remote control (FIGS. 5, 7), the frequency range for the differential signal (FIG. 11) is expanded from 482 to 745 MHz.
В сравнении с ДУ-прототипом (фиг.1, 8), который имеет Кос.сф=63 дБ до частоты 2,4 МГц, заявляемый ДУ позволяет получить более широкий диапазон частот (fвсс=30,7 МГц) с таким же ослаблением синфазного сигнала (фиг.13).In comparison with the remote control prototype (Fig. 1, 8), which has a K.s.sf = 63 dB up to a frequency of 2.4 MHz, the claimed remote control allows you to get a wider frequency range (f vs = 30.7 MHz) with the same attenuation of the common mode signal (Fig.13).
В рассматриваемой схеме ДУ (фиг.2, 3, 4 и 5) обеспечивается также высокая степень параметрической компенсации влияния температуры и радиации на э.д.с. смещения нуля, обусловленной смещением входных и выходных характеристик транзисторов источников опорного тока 2, 7, 12.In the considered remote control scheme (Figs. 2, 3, 4 and 5), a high degree of parametric compensation of the influence of temperature and radiation on the emf is also provided. zero bias due to the bias of the input and output characteristics of the transistors of the reference
Если изменяется напряжение питания ДУ и, как следствие, ток Iо (фиг.4), то в заявляемом устройстве также уменьшается коэффициент подавления помехи по питанию.If the power supply voltage of the remote control and, as a consequence, the current I o change (Fig. 4), then the suppression coefficient of the power supply noise also decreases in the inventive device.
Источники информацииInformation sources
1. Полонников Д.Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника. - М., 1983.1. Polonnikov D.E. Operational amplifiers: principles of construction, theory, circuitry. - M., 1983.
2. Патент США №4.264.873, H 03 F 3/45.2. US patent No. 4.264.873, H 03
3. Патент США №5.365.191, H 03 F 3/45.3. US patent No. 5.365.191, H 03
4. Патент США №5.936.468, H 03 F 3/45.4. US patent No. 5.936.468, H 03
5. Патент США №5.551.005, H 03 F 3/45.5. US patent No. 5.551.005, H 03
6. Патент США №4.783.637, H 03 F 3/45.6. US patent No. 4.783.637, H 03
7. Патент США №5.291.149, H 03 F 3/45.7. US patent No. 5.291.149, H 03
8. Патент Японии JP 2004, 040157, H 03 F 3/45.8. Japanese Patent JP 2004, 040157, H 03
9. Патент Японии JP 7050528, H 03 F 3/45.9. Japanese Patent JP 7050528, H 03
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005128887/09A RU2293433C1 (en) | 2005-09-15 | 2005-09-15 | Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005128887/09A RU2293433C1 (en) | 2005-09-15 | 2005-09-15 | Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2293433C1 true RU2293433C1 (en) | 2007-02-10 |
Family
ID=37862686
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005128887/09A RU2293433C1 (en) | 2005-09-15 | 2005-09-15 | Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2293433C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459348C1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Operational amplifier having gain adjustment circuit |
RU2488954C1 (en) * | 2012-08-15 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with zero level of output static voltages |
-
2005
- 2005-09-15 RU RU2005128887/09A patent/RU2293433C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПОЛОННИКОВ Д.Е. Операционные усилители. Принципы построения, теория, схемотехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459348C1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Operational amplifier having gain adjustment circuit |
RU2488954C1 (en) * | 2012-08-15 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with zero level of output static voltages |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6788146B2 (en) | Capacitor compensation in miller compensated circuits | |
Minaei et al. | A new CMOS electronically tunable current conveyor and its application to current-mode filters | |
RU2365969C1 (en) | Current mirror | |
JP5454366B2 (en) | Power amplifier module and portable information terminal | |
RU2293433C1 (en) | Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal | |
RU2346388C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2346386C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2419196C1 (en) | Broad-band differential amplifier | |
RU2331964C1 (en) | Voltage-to-current converter | |
RU2433523C1 (en) | Precision differential operational amplifier | |
RU2292636C1 (en) | Differential amplifier characterized in enhanced common-mode signal attenuation | |
GB2193059A (en) | Voltage follower circuit | |
RU2367996C1 (en) | Current mirror | |
RU2320078C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2394362C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2419192C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor | |
RU2368067C1 (en) | Differential amplifier with high input resistance | |
RU2394360C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased input resistance | |
RU2375815C1 (en) | Controlled alternating current amplifier | |
RU2309531C1 (en) | Differential amplifier with expanded range of cophased signal change | |
RU2770912C1 (en) | Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors | |
RU2317633C1 (en) | Differential amplifier with increased weakening coefficient of cophased input signal | |
RU2292634C1 (en) | Differential amplifier characterized in enhanced common-mode signal attenuation | |
RU2278466C1 (en) | Differential amplifier with increased depletion of cophased signal | |
RU2411641C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110916 |