RU2319293C1 - Cascade differential amplifier - Google Patents
Cascade differential amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319293C1 RU2319293C1 RU2006127793/09A RU2006127793A RU2319293C1 RU 2319293 C1 RU2319293 C1 RU 2319293C1 RU 2006127793/09 A RU2006127793/09 A RU 2006127793/09A RU 2006127793 A RU2006127793 A RU 2006127793A RU 2319293 C1 RU2319293 C1 RU 2319293C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- collector
- cascade
- emitter
- base
- Prior art date
Links
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003503 early effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 101150071403 INP1 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
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 с малыми значениями эдс смещения нуля (ОУ)).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals, in the structure of analog microcircuits of various functional purposes (for example, operational amplifiers with small values of the emf of zero bias (OA)).
Известны схемы так называемых «перегнутых» каскодных дифференциальных усилителей (ДУ) на n-p-n и p-n-p транзисторах [1-36], которые стали основой более чем 20 серийных операционных усилителей, выпускаемых как зарубежными (НА2520, НА5190, AD797, AD8631, AD8632, ОР90 и др.), так и российскими (154УДЗ и др.) микроэлектронными фирмами. В связи с высокой популярностью такой архитектуры ДУ, на их модификации выдано более 200 патентов. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.Known circuits of the so-called “bent” cascode differential amplifiers (DU) on npn and pnp transistors [1-36], which became the basis of more than 20 serial operational amplifiers manufactured as foreign (HA2520, HA5190, AD797, AD8631, AD8632, OP90 and etc.), and Russian (154UDZ, etc.) microelectronic firms. Due to the high popularity of such a remote control architecture, more than 200 patents have been issued for their modification. The present invention relates to this subclass of devices.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является каскодный дифференциальный усилитель (КДУ), описанный в патенте США №6696888, содержащий входной дифференциальный каскад 1, первый 2 и второй 3 выходные транзисторы промежуточного каскада, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 4, а эмиттеры соединены с выходами 5 и 6 входного дифференциального каскада 1 и через первый 7 и второй 8 токостабилизирующие двухполюсники связаны с шиной первого 9 источника питания, причем коллектор второго выходного транзистора 3 промежуточного каскада соединен со входом 10 буферного усилителя 11 и коллектором третьего выходного транзистора 12 промежуточного каскада, эмиттер которого соединен с эмиттером четвертого 13 выходного транзистора промежуточного каскада и шиной второго источника питания 14, а база подключена к базе четвертого 13 выходного транзистора промежуточного каскада и коллектору первого 2 выходного транзистора промежуточного каскада.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is the cascode differential amplifier (CDA) described in US patent No. 6696888 containing the input
Существенный недостаток известного КДУ (фиг.1) состоит в том, что он имеет сравнительно большое значение эдс смещения нуля, что отрицательно сказывается на статических параметрах различных аналоговых устройств на его основе.A significant drawback of the known KDU (figure 1) is that it has a relatively large value of the emf of the zero offset, which negatively affects the static parameters of various analog devices based on it.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в уменьшении эдс смещения нуля.The main objective of the invention is to reduce the emf bias zero.
Поставленная цель достигается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1, первый 2 и второй 3 выходные транзисторы промежуточного каскада, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 4, а эмиттеры соединены с выходами 5 и 6 входного дифференциального каскада 1 и через первый 7 и второй 8 токостабилизирующие двухполюсники связаны с шиной первого 9 источника питания, причем коллектор второго выходного транзистора 3 промежуточного каскада соединен со входом 10 буферного усилителя 11 и коллектором третьего выходного транзистора 12 промежуточного каскада, эмиттер которого соединен с эмиттером четвертого 13 выходного транзистора промежуточного каскада и шиной второго источника питания 14, а база подключена к базе четвертого 13 выходного транзистора промежуточного каскада и коллектору первого 2 выходного транзистора промежуточного каскада, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 15, база которого соединена с общей шиной первого 9 и второго 14 источников питания, коллектор подключен к эмиттеру первого 2 выходного транзистора промежуточного каскада, а эмиттер - соединен с коллектором четвертого 13 выходного транзистора промежуточного каскада.This goal is achieved by the fact that in the cascode differential amplifier of Fig. 1, containing the input
Схема усилителя-прототипа представлена на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения. На фиг.3 и фиг.4 показаны схемы известного (фиг.3) и заявляемого (фиг.4) устройств в среде компьютерного моделирования PSpice, а на фиг.5, фиг.6 - зависимость эдс смещения нуля КДУ фиг.4 от напряжения дополнительного источника смещения 16 в крупном (фиг.5) и мелком (фиг.6) масштабах.The amplifier circuit of the prototype is presented in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1, первый 2 и второй 3 выходные транзисторы промежуточного каскада, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 4, а эмиттеры соединены с выходами 5 и 6 входного дифференциального каскада 1 и через первый 7 и второй 8 токостабилизирующие двухполюсники связаны с шиной первого 9 источника питания, причем коллектор второго выходного транзистора 3 промежуточного каскада соединен со входом 10 буферного усилителя 11 и коллектором третьего выходного транзистора 12 промежуточного каскада, эмиттер которого соединен с эмиттером четвертого 13 выходного транзистора промежуточного каскада и шиной второго источника питания 14, а база подключена к базе четвертого 13 выходного транзистора промежуточного каскада и коллектору первого 2 выходного транзистора промежуточного каскада. В схему введен дополнительный транзистор 15, база которого соединена с общей шиной первого 9 и второго 14 источников питания, коллектор подключен к эмиттеру первого 2 выходного транзистора промежуточного каскада, а эмиттер - соединен с коллектором четвертого 13 выходного транзистора промежуточного каскада.The differential amplifier of figure 2 contains the input
В частном случае база дополнительного транзистора 15 может быть соединена с общей шиной источников питания 9 и 14 через дополнительный источник напряжения смещения 16 (фиг.2).In a particular case, the base of the
Рассмотрим работу заявляемого каскодного дифференциального усилителя на примере анализа схемы фиг.2.Consider the operation of the inventive cascode differential amplifier as an example of the analysis of the circuit of figure 2.
Статический режим по току КДУ фиг.2 устанавливается источником опорного тока I0 в эмиттерной цепи входного дифференциального каскада 1 и токостабилизирующими двухполюсниками 7 и 8. При этом токи в элементах схемы, соответствующие обозначениям на чертеже фиг.2, представляют собой следующее:The static current mode of the KDU of FIG. 2 is set by the reference current source I 0 in the emitter circuit of the input
где Iкij - коллекторные токи транзисторов;where I кij - collector currents of transistors;
I5, I6 - статические токи выходов 5 и 6 КДУ;I 5 , I 6 - static currents of
I0 - статический ток общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада 1;I 0 is the static current of the common emitter circuit of the input
β13≈β12 - статические коэффициенты передачи по току базы транзисторов 13 и 12.β 13 ≈ β 12 - static current transfer coefficients of the base of
Если β13=β12>>1, то вIf β 13 = β 12 >> 1, then in
Статический режим по напряжению коллектор-база транзисторов 13 и 12 (при введении 100%-ной обратной связи с выхода буферного усилителя 11 на инвертирующий вход Вх.1(-)) зависит от напряжения на базе транзистора 15Static mode voltage of the collector-
где Е(-) - напряжение источника питания 14.where E (-) is the voltage of the
Таким образом, за счет соответствующего выбора напряжения дополнительного источника смещения E16 на уровне Е16≈Uэб.15 можно получить одинаковые напряжения Uкб.13≈Uкб.12. Это позволяет обеспечить одинаковые смещения входных характеристик транзисторов 13 и 12, обусловленные влиянием эффекта Эрли и, как следствие, устранить одну из основных причин появления напряжения смещения нуля КДУ (Есм).Thus, due to the appropriate choice of the voltage of the additional bias source E 16 at the level of E 16 ≈U eb.15, it is possible to obtain the same voltage U kb.13 ≈U kb.12 . This allows you to ensure the same bias of the input characteristics of the
Компьютерное моделирование показывает, что в схеме КДУ-прототипа систематическая составляющая эдс смещения нуля принимает достаточно большое значение: Есм.п=4,4 мВ (фиг.4).Computer simulation shows that in the scheme of the KDU prototype, the systematic component of the emf of the zero bias takes on a fairly large value: E cm.n. = 4.4 mV (Fig. 4).
В заявляемом устройстве численные значения Есм зависят от напряжения E16 (фиг.5, фиг.6). Если E16=0, то Eсм.3=-103,7 мкВ. При Есм.3=0,7 В, Есм.3=+133 мкВ. Наименьшие значения Есм.3=1,6 мкВ получены при Е16=0,3 В. Следовательно, в схеме фиг.2 созданы условия, при которых устраняется систематическая ошибка усиления сигналов постоянного тока, обусловленная структурными особенностями КДУ. Это позволяет рекомендовать заявляемую схему для применения в составе прецизионных интерфейсов. За счет выбора величины напряжения E16 можно в широких пределах регулировать эдс смещения нуля КДУ.In the inventive device, the numerical values of E cm depend on the voltage E 16 (Fig. 5, Fig. 6). If E 16 = 0, then E cm . 3 = -103.7 μV. At E cm . 3 = 0.7 V, E cm . 3 = + 133 μV. The lowest values of E = 1.6 microvolts seet3 obtained at E 16 = 0.3 V. Thus, in
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. - М.: Радио и связь, 1989. - с.74, рис.4.15, стр.98, рис.6.7.1. Matavkin V.V. High-speed operational amplifiers. - M.: Radio and Communications, 1989. - p. 74, fig. 4.15, p. 98, fig. 6.7.
2. Патент США №6218900, фиг.1.2. US Patent No. 6218900, figure 1.
3. Патентная заявка US 2002/0196079.3. Patent application US 2002/0196079.
4. Патент США №6788143.4. US patent No. 6788143.
5. Патент США №3644838, фиг.2.5. US patent No. 3444838, figure 2.
6. Патент США Re 30587.6. US patent Re 30587.
7. Патент ЕР 1227580.7. Patent EP 1227580.
8. Патент США №6714076.8. US patent No. 6714076.
9. Патент США №5786729.9. US patent No. 5786729.
10. Патент США №5327100.10. US Patent No. 5327100.
11. Патентная заявка US 2004/0090268 A1.11. Patent application US 2004/0090268 A1.
12. Патент США №4274061.12. US patent No. 4274061.
13. Патент США №5422600, фиг.2.13. US patent No. 5422600, figure 2.
14. Патент США №6788143, фиг.2.14. US patent No. 6788143, figure 2.
15. Патент США №4959622, фиг.1.15. US patent No. 4959622, figure 1.
16. Патент США №4406990, фиг.4.16. US patent No. 4406990, figure 4.
17. Патент США №5418491.17. US patent No. 5418491.
18. Патент США №6018268.18. US patent No. 6018268.
19. Патент США №5952882.19. US Patent No. 5952882.
20. Патент США №4723111.20. US patent No. 4723111.
21. Патент США №4293824.21. US patent No. 4293824.
22. Патент США №6580325.22. US patent No. 6580325.
23. Патент США №6965266.23. US patent No. 6965266.
24. Патент США №6867643.24. US patent No. 6867643.
25. Патент США №6236270.25. US Patent No. 6236270.
26. Патент США №5323121.26. US patent No. 5323121.
27. Патент США №6229394.27. US patent No. 6229394.
28. Патент США №5734296.28. US patent No. 5734296.
29. Патент США №5477190.29. US patent No. 5477190.
30. Патент США №5091701.30. US patent No. 5091701.
31. Патент США №6717474.31. US patent No. 6717474.
32. Патент США №6084475.32. US patent No. 6084475.
33. Патент США №3733559.33. US patent No. 3733559.
34. Патентная заявка US 2005/0001682 А1.34. Patent application US 2005/0001682 A1.
35. Патент США №6300831.35. US patent No. 6300831.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006127793/09A RU2319293C1 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Cascade differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006127793/09A RU2319293C1 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Cascade differential amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2319293C1 true RU2319293C1 (en) | 2008-03-10 |
Family
ID=39281122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006127793/09A RU2319293C1 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Cascade differential amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2319293C1 (en) |
-
2006
- 2006-07-31 RU RU2006127793/09A patent/RU2319293C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2354041C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2319293C1 (en) | Cascade differential amplifier | |
RU2368066C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2365029C1 (en) | Cascode difference amplifier with low offset voltage | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2393629C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier | |
RU2419187C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased zero level stability | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2349023C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2331968C1 (en) | Differential amplifier with high common mode rejection | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2412528C1 (en) | Cascode differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2449466C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2401508C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero-shift voltage | |
RU2411643C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2449465C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2426221C1 (en) | Cascode differential operational amplifier with low zero offset voltage and high gain | |
RU2309531C1 (en) | Differential amplifier with expanded range of cophased signal change | |
RU2402156C1 (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: 20110801 |