[go: up one dir, main page]

RU2509406C1 - Input stage of high-speed operational amplifier - Google Patents

Input stage of high-speed operational amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2509406C1
RU2509406C1 RU2012134440/08A RU2012134440A RU2509406C1 RU 2509406 C1 RU2509406 C1 RU 2509406C1 RU 2012134440/08 A RU2012134440/08 A RU 2012134440/08A RU 2012134440 A RU2012134440 A RU 2012134440A RU 2509406 C1 RU2509406 C1 RU 2509406C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistors
input
current
junction
terminal device
Prior art date
Application number
RU2012134440/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Николай Владимирович Бутырлагин
Андрей Григорьевич Юдин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2012134440/08A priority Critical patent/RU2509406C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2509406C1 publication Critical patent/RU2509406C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: input stage of the operational amplifier comprises first (1) and second (2) input transistors, first (3) and second (4) output transistors, first (5) and second (6) auxiliary transistors, first (7) and second (8) device inputs, first (9) and second (10) forward-biased p-n junctions, a first (11) current-stabilising two-terminal device, current outputs of the device (12), (13), (14), (15), first (16) power supply bus, where between the second (10) p-n junction, connected to the emitter of the second (6) transistor, and a second (17) power supply bus, there is a first (11) two-terminal device connected, between the first (9) p-n junction, connected to the emitter of the first (5) transistor, and the second (17) power supply bus, there is a second (18) two-terminal device connected, between the common node (19) of the first (9) p-n junction and the second (18) two-terminal device, as well as the common node (20) of the second (12) p-n junction and the first (11) two-terminal device, there are series-connected third (21) and fourth (22) resistors, the common node (23) of which is connected to the bases of the first (3) and second (4) input transistors.
EFFECT: wider range of active operation of the input stage of the operational amplifier for a differential signal.
18 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, быстродействующих 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 with a wide dynamic range, in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, high-speed operational amplifiers (OA)).

Известны схемы входных каскадов ОУ, выполненных в виде дифференциальных усилителей (ДУ) на n-p-n- и p-n-p-транзисторах с так называемой «архитектурой входного каскада операционного усилителя µA741» [1-30]. На их модификации выдано более 50 патентов для ведущих микроэлектронных фирм мира. Дифференциальные усилители данного класса, наряду с типовым параллельно-балансным каскадом Known circuits of the input stages of the op-amp, made in the form of differential amplifiers (DE) on n-p-n- and p-n-p-transistors with the so-called "architecture of the input stage of the operational amplifier µA741" [1-30]. Over 50 patents have been issued for their modifications for leading microelectronic companies in the world. Differential amplifiers of this class, along with a typical parallel-balanced cascade

[29-30], стали основным усилительным элементом многих аналоговых интерфейсов. Это связано с тем, что в таких ДУ минимизируется входная емкость из-за отсутствия эффекта Миллера. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.[29-30], have become the main amplifier element of many analog interfaces. This is due to the fact that in such remote control the input capacitance is minimized due to the absence of the Miller effect. The present invention relates to this subclass of devices.

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является входной каскад быстродействующего операционного усилителя по патенту US 4.901.031, содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами соответствующих первого 3 и второго 4 выходных транзисторов с объединенными базами, первый 5 и второй 6 вспомогательные транзисторы, базы которых соединены с соответствующими базами первого 1 и второго 2 входных транзисторов и подключены к соответствующим первому 7 и второму 8 входам устройства, первый 9 и второй 10 прямосмещенные p-n-переходы, включенные в эмиттеры соответствующих первого 5 и второго 6 вспомогательных транзисторов, первый 11 токостабилизирующий двухполюсник, токовые выходы устройства 12, 13, 14, 15, связанные с коллекторами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, а также коллекторами первого 3 и второго 4 выходных транзисторов, причем коллекторы первого 5 и второго 6 вспомогательных транзисторов связаны с первой 16 шиной источника питания.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is the input stage of a high-speed operational amplifier according to the patent US 4.901.031, containing the first 1 and second 2 input transistors, the emitters of which are connected to the emitters of the corresponding first 3 and second 4 output transistors with integrated bases, the first 5 and second 6 auxiliary transistors, the bases of which are connected to the corresponding bases of the first 1 and second 2 input transistors and are connected to the corresponding first 7 and second 8 inputs of the device, the first 9 and second 10 self-biased pn junctions included in the emitters of the corresponding first 5 and second 6 auxiliary transistors, the first 11 current-stabilizing two-terminal devices, the current outputs of the device 12, 13, 14, 15 associated with the collectors of the first 1 and second 2 input transistors, as well as the collectors of the first 3 and the second 4 output transistors, and the collectors of the first 5 and second 6 auxiliary transistors are connected to the first 16 bus power source.

Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет сравнительно узкий динамический диапазон (Uгр) линейного усиления дифференциальных сигналов (Uвx.max<Uгp≈100÷150 мВ). Как показано в [31], это обстоятельство является главной причиной невысокого быстродействия современных операционных усилителей, обусловленной нелинейным режимом работы входного каскада ОУ. При этом для большинства ОУ с высокоимпедансным узлом и одним корректирующим конденсатором максимальная скорость нарастания выходного напряженияA significant drawback of the known remote control is that it has a relatively narrow dynamic range (U gr ) of linear amplification of differential signals (U vx.max <U gr ≈100 ÷ 150 mV). As shown in [31], this circumstance is the main reason for the low performance of modern operational amplifiers, due to the nonlinear operation mode of the input stage of the op amp. Moreover, for most opamps with a high-impedance node and one correcting capacitor, the maximum slew rate of the output voltage

υ в ы х = 2 π f с р U г р , ( 1 )

Figure 00000001
υ at s x = 2 π f from R U g R , ( one )
Figure 00000001

где fср - частота единичного усиления (частота среза) скорректированного ОУ;where f cf is the unit gain frequency (cutoff frequency) of the adjusted op-amp;

Uгр - напряжение ограничения проходной характеристики iвых=f(uвх) входного каскада (для классических ДУ Uгр=50÷100 мВ). Из (1) следует, что повышение uвых можно осуществить двумя качественно разными путями:U gr is the voltage limiting the pass-through characteristic i out = f (u in ) of the input stage (for classical remote control U gr = 50 ÷ 100 mV). From (1) it follows that the increase u out can be achieved in two qualitatively different ways:

1. Увеличением диапазона активной работы входного ДУ (Uгр) без изменения крутизны преобразования входного напряжения в выходные токи ДУ;1. An increase in the range of active operation of the input remote control (U gr ) without changing the slope of the conversion of the input voltage to the output currents of the remote control;

2. Повышением fср за счет улучшения частотных свойств транзисторов, что связано, прежде всего, с использованием более высокочастотных техпроцессов (SG25VD, SG25H1, SG25RH и др.). Заявляемый входной каскад ОУ решает задачу повышения быстродействия за счет увеличения (без изменения крутизны) более чем на порядок диапазона линейной работы Uгр=1÷2B.2. An increase in f cf due to an improvement in the frequency properties of transistors, which is associated primarily with the use of higher-frequency manufacturing processes (SG25VD, SG25H1, SG25RH, etc.). The inventive input stage of the op-amp solves the problem of increasing speed by increasing (without changing the slope) more than an order of magnitude of the linear range U gr = 1 ÷ 2B.

Таким образом, основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона активной работы входного каскада ОУ для дифференциального сигнала - получении Uгр>>100 мВ.Thus, the main objective of the invention is to expand the range of active operation of the input stage of the op-amp for a differential signal - obtaining U gr >> 100 mV.

Поставленная задача достигается тем, что входной каскад быстродействующего операционного усилителя, содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами соответствующих первого 3 и второго 4 выходных транзисторов с объединенными базами, первый 5 и второй 6 вспомогательные транзисторы, базы которых соединены с соответствующими базами первого 1 и второго 2 входных транзисторов и подключены к соответствующим первому 7 и второму 8 входам устройства, первый 9 и второй 10 прямосмещенные p-n-переходы, включенные в эмиттеры соответствующих первого 5 и второго 6 вспомогательных транзисторов, первый 11 токостабилизирующий двухполюсник, токовые выходы устройства 12, 13, 14, 15, связанные с коллекторами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, а также коллекторами первого 3 и второго 4 выходных транзисторов, причем коллекторы первого 5 и второго 6 вспомогательных транзисторов связаны с первой 16 шиной источника питания, отличается тем, что между вторым 10 прямосмещенным p-n-переходом, включенным в эмиттер второго 6 вспомогательного транзистора, и второй 17 шиной источника питания включен первый 11 токостабилизирующий двухполюсник, между первым 9 прямосмещенным p-n-переходом, включенным в эмиттер первого 5 вспомогательного транзистора, и второй 17 шиной источника питания включен второй 18 токостабилизирующий двухполюсник, между общим узлом 19 первого 9 прямосмещенного p-n-перехода и второго 18 токостабилизирующего двухполюсника, а также общим узлом 20 второго 12 прямосмещенного p-n-перехода и первого 11 токостабилизирующего двухполюсника последовательно включены третий 21 и четвертый 22 дополнительные резисторы, общий узел 23 которых соединен с базами первого 3 и второго 4 входных транзисторов.The problem is achieved in that the input stage of a high-speed operational amplifier containing the first 1 and second 2 input transistors, the emitters of which are connected to the emitters of the corresponding first 3 and second 4 output transistors with integrated bases, the first 5 and second 6 auxiliary transistors, the bases of which are connected to the corresponding bases of the first 1 and second 2 input transistors and connected to the corresponding first 7 and second 8 inputs of the device, the first 9 and second 10 forward biased pn junctions included emitters of the corresponding first 5 and second 6 auxiliary transistors, the first 11 current-stabilizing two-terminal, current outputs of the device 12, 13, 14, 15 connected to the collectors of the first 1 and second 2 input transistors, as well as the collectors of the first 3 and second 4 output transistors, and collectors the first 5 and second 6 auxiliary transistors are connected to the first 16 power supply bus, characterized in that between the second 10 forward biased pn junction included in the emitter of the second 6 auxiliary transistor and the second 17 bus the power source includes the first 11 current-stabilizing two-terminal, between the first 9 forward biased pn junction included in the emitter of the first 5 auxiliary transistor, and the second 17 bus power supply includes a second 18 current-stabilizing two-terminal, between the common node 19 of the first 9 forward biased pn junction and the second 18 current-stabilizing the two-terminal network, as well as the common node 20 of the second 12 forward biased pn junction and the first 11 current-stabilizing two-terminal network, the third 21 and fourth 22 additional res Storey, common node 23 which is connected to the bases of the first 3 and second 4 input transistors.

Схема усилителя-прототипа представлена на фиг.1. На фиг.2 показано заявляемое устройство в соответствии с формулой изобретения.The amplifier circuit of the prototype is presented in figure 1. Figure 2 shows the inventive device in accordance with the claims.

На фиг.3 приведена возможная архитектура быстродействующего операционного усилителя с предлагаемым входным каскадом.Figure 3 shows a possible architecture of a high-speed operational amplifier with the proposed input stage.

На фиг.4 показана схема ДУ-прототипа фиг.1 в среде компьютерного моделирования PSpise на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».In Fig.4 shows a diagram of the remote control prototype of Fig.1 in a computer simulation environment PSpise on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.

На фиг.5 приведена зависимость разности выходных токов (I(out1)-I(out2)) и (I(out3)-I(out4)) ДУ-прототипа фиг.4 от входного напряжения uвх.5 shows dependence of the difference output currents (I (out1) -I (out2 )) and (I (out3) -I (out4 ))- 4 prototype control of the input voltage u Rin.

На фиг.6 представлена зависимость абсолютных значений выходных токов I(out1) и I(out2) ДУ-прототипа фиг.4 от входного напряжения uвх. Зависимость выходных токов I(out3) и I(out4) ДУ-прототипа фиг.4 от входного напряжения uвх представлена на фиг.7.Figure 6 shows the dependence of the absolute values of the output currents I (out1) and I (out2)-4 prototype control of the input voltage u Rin. The dependence of the output currents I (out3) and I (out4) of the remote control prototype of FIG. 4 on the input voltage u in is shown in FIG. 7.

На фиг.8 показана схема заявляемого ДУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования PSpise на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.9 - фиг.12 - зависимости разностей выходных токов (I(out1)-I(out2)) и (I(out3)-I(out4)) от входного напряжения uвх ДУ фиг.8 при различных значениях сопротивлений дополнительных резисторов 21, 22 (Rvar).On Fig shows a diagram of the claimed remote control of figure 2 in the environment of computer simulation PSpise on the models of integrated transistors FSUE NPP Pulsar, and figure 9 - figure 12 - dependence of the differences of the output currents (I (out1) -I (out2) ) and (I (out3) -I (out4)) from the input voltage u in the remote control of Fig. 8 for different values of the resistances of the additional resistors 21, 22 (R var ).

На фиг.13 представлена зависимость абсолютных значений выходных токов I(out1) и I(out2) заявляемого ДУ фиг.8 от входного напряжения uвх при сопротивлениях дополнительных резисторов 21, 22 Rvar=200 Ом, а на фиг.14 - зависимость выходных токов I(out3) и I(out4) заявляемого ДУ фиг.8 от входного напряжения uвх при сопротивлениях дополнительных резисторов 21, 22 Rvar=200 Ом.In Fig.13 shows the dependence of the absolute values of the output currents I (out1) and I (out2) of the claimed control of Fig.8 from the input voltage u in with the resistances of the additional resistors 21, 22 R var = 200 Ohms, and Fig.14 - dependence of the output currents I (out3) and I (out4) of the claimed remote control of Fig. 8 from the input voltage u in with the resistances of additional resistors 21, 22 R var = 200 Ohms.

На фиг.15 показана зависимость абсолютных значений выходных токов I(out1) и I(out2) заявляемого ДУ фиг.8 от входного напряжения uвх при сопротивлениях дополнительных резисторов 21, 22 Rvar=1 кОм, а на фиг.16 - зависимость выходных токов I(out1) и I(out2) заявляемого ДУ фиг.8 от входного напряжения uвх при сопротивлениях дополнительных резисторов 21, 22 Rvar=1 кОм в увеличенном масштабе.Figure 15 shows the absolute values of the output currents I (out1) and I (out2) of the claimed controller 8 of the input voltage u at Rin additional resistances of resistors 21, 22 R var = 1 kohm, and 16 - the dependence of output currents I (out1) and I (out2) of the claimed remote control of Fig. 8 from the input voltage u in with the resistances of additional resistors 21, 22 R var = 1 kOhm on an enlarged scale.

На фиг.17 представлена зависимость абсолютных значений выходных токов I(out3) и I(out4) заявляемого ДУ от входного напряжения uвх при Rvar=1 кОм, а на фиг.18 - зависимость выходных токов I(out3) и I(out4) заявляемого ДУ от входного напряжения uвх при Rvar=1 кОм в увеличенном масштабе.On Fig presents the dependence of the absolute values of the output currents I (out3) and I (out4) of the claimed remote control from the input voltage u in at R var = 1 kOhm, and on Fig - dependence of the output currents I (out3) and I (out4 ) of the claimed remote control from the input voltage u in at R var = 1 kOhm on an enlarged scale.

Входной каскад (ДУ) быстродействующего операционного усилителя фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами соответствующих первого 3 и второго 4 выходных транзисторов с объединенными базами, первый 5 и второй 6 вспомогательные транзисторы, базы которых соединены с соответствующими базами первого 1 и второго 2 входных транзисторов и подключены к соответствующим первому 7 и второму 8 входам устройства, первый 9 и второй 10 прямосмещенные p-n-переходы, включенные в эмиттеры соответствующих первого 5 и второго 6 вспомогательных транзисторов, первый 11 токостабилизирующий двухполюсник, токовые выходы устройства 12, 13, 14, 15, связанные с коллекторами первого 1 и второго 2 входных транзисторов, а также коллекторами первого 3 и второго 4 выходных транзисторов, причем коллекторы первого 5 и второго 6 вспомогательных транзисторов связаны с первой 16 шиной источника питания. Между вторым 10 прямосмещенным p-n-переходом, включенным в эмиттер второго 6 вспомогательного транзистора, и второй 17 шиной источника питания включен первый 11 токостабилизирующий двухполюсник, между первым 9 прямосмещенным p-n-переходом, включенным в эмиттер первого 5 вспомогательного транзистора, и второй 17 шиной источника питания включен второй 18 токостабилизирующий двухполюсник, между общим узлом 19 первого 9 прямосмещенного p-n-перехода и второго 18 токостабилизирующего двухполюсника, а также общим узлом 20 второго 12 прямосмещенного p-n-перехода и первого 11 токостабилизирующего двухполюсника последовательно включены третий 21 и четвертый 22 дополнительные резисторы, общий узел 23 которых соединен с базами первого 3 и второго 4 входных транзисторов.The input stage (DU) of the high-speed operational amplifier of figure 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, the emitters of which are connected to the emitters of the corresponding first 3 and second 4 output transistors with integrated bases, the first 5 and second 6 auxiliary transistors, the bases of which are connected to the corresponding bases of the first 1 and second 2 input transistors and connected to the corresponding first 7 and second 8 inputs of the device, the first 9 and second 10 forward biased pn junctions included in the emitters corresponding to the first 5 and the second 6 auxiliary transistors, the first 11 current-stabilizing bipolar, the current outputs of the device 12, 13, 14, 15 associated with the collectors of the first 1 and second 2 input transistors, as well as the collectors of the first 3 and second 4 output transistors, and the collectors of the first 5 and second 6 auxiliary transistors are connected to the first 16 bus power source. Between the second 10 forward biased pn junction included in the emitter of the second 6 auxiliary transistor and the second 17 bus of the power supply, the first 11 current-stabilizing bipolar is connected, between the first 9 forward biased pn junction included in the emitter of the first 5 auxiliary transistor and the second 17 bus of the power source the second 18 current-stabilizing two-terminal network is connected, between the common node 19 of the first 9 forward biased pn junction and the second 18 current-stabilizing two-terminal network, as well as the general node 20 of the second 12 forward biased pn-junction the course and the first 11 of the current-stabilizing two-terminal are sequentially connected to the third 21 and fourth 22 additional resistors, a common node 23 of which is connected to the bases of the first 3 and second 4 input transistors.

На фиг.3 заявляемый входной каскад фиг.2 (24) включен в структуру быстродействующего ОУ, которая содержит дополнительные токовые зеркала 25, 26, выходной буфер 27 и корректирующий конденсатор 28. При этом ОУ охвачен 100% отрицательной обратной связью.In Fig. 3, the claimed input stage of Fig. 2 (24) is included in the structure of a high-speed op-amp, which contains additional current mirrors 25, 26, an output buffer 27, and a correction capacitor 28. In this case, the op-amp is covered by 100% negative feedback.

Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2.Consider the operation of the inventive device of figure 2.

В связи с тем, что падение напряжения на резисторах 21, 22, создаваемое токами базы транзисторов 3 и 4, мало, статические токи всех транзисторов схемы определяются токами токостабилизирущих двухполюсников 18 и 11. При этом за счет увеличения площадей эмиттерных переходов транзисторов 1, 2 и 3, 4 можно при нулевом входном напряжении ДУ обеспечить равенство всех эмиттерных токов схемы:Due to the fact that the voltage drop across the resistors 21, 22, created by the base currents of transistors 3 and 4, is small, the static currents of all transistors of the circuit are determined by the currents of the stabilizing two-terminal circuits 18 and 11. Moreover, due to the increase in the area of emitter junctions of transistors 1, 2 3, 4 it is possible at zero input voltage of the remote control to ensure the equality of all emitter currents of the circuit:

I э 1 = I э 2 = I э 3 = I э 4 = I э 5 = I э 6 I э 0 , ( 1 )

Figure 00000002
I uh one = I uh 2 = I uh 3 = I uh four = I uh 5 = I uh 6 I uh 0 , ( one )
Figure 00000002

где I0=I18=I11.where I 0 = I 18 = I 11 .

Если напряжение на первом 7 входе (Вх.1) ДУ становится больше напряжения на втором 8 входе ДУ, то коллекторные токи транзистора 1 и 3 увеличиваются, а транзисторов 2 и 4 - уменьшаются. При этом входное дифференциальное напряжение uвх «выделяется» на резисторах 21 и 22, что приводит к увеличению «открывающего» напряжения между базой транзистора 1 и базой транзистора 3:If the voltage at the first 7 input (In1) of the remote control becomes greater than the voltage at the second 8 input of the remote control, then the collector currents of the transistor 1 and 3 increase, and the transistors 2 and 4 decrease. In this case, the input differential voltage u I "stands out" on the resistors 21 and 22, which leads to an increase in the "opening" voltage between the base of transistor 1 and the base of transistor 3:

u б 1 3 u в х 2 . ( 2 )

Figure 00000003
u b one - 3 u at x 2 . ( 2 )
Figure 00000003

Таким образом коллекторные (выходные) токи транзисторов 1 и 3 будут пропорциональны входному напряжению в широком диапазоне uвх:Thus collector (output) currents of the transistors 1 and 3 are proportional to the input voltage u in a wide range Rin:

i 12 = i 14 u в х r э 1 + r э 2 + R э + R 21 2 β 3 , ( 3 )

Figure 00000004
i 12 = i fourteen u at x r uh one + r uh 2 + R uh + R 21 2 β 3 , ( 3 )
Figure 00000004

где rэ1, rэ2 - сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 1 и 3;where r e1 , r e2 - resistance of the emitter junctions of transistors 1 and 3;

R21=R22 - сопротивления резисторов 21 и 22;R 21 = R 22 - resistance of the resistors 21 and 22;

β3 - коэффициент усиления по току базы транзистора 3;β 3 - current gain of the base of the transistor 3;

Rэ - сопротивление объемного низкоомного эмиттерного резистора или дополнительного резистора Rd=10÷20 Ом, включаемого в ряде случаев в эмиттерную цепь транзисторов 1 и 3 (фиг.8).Re is the resistance of a low-volume resistor emitter resistor or additional resistor R d = 10 ÷ 20 Ohm, which is included in some cases in the emitter circuit of transistors 1 and 3 (Fig. 8).

Учитывая, что при увеличении Iэi сопротивления rэ1 и rэ2 существенно уменьшаются, из (3) можно найти, что при больших uвх Given that with increasing I ei, the resistances r e1 and r e2 significantly decrease, from (3) we can find that for large u in

i 12 = i 14 u в х 2 ( R э + R 21 2 β 3 ) = u в х S , ( 4 )

Figure 00000005
i 12 = i fourteen u at x 2 ( R uh + R 21 2 β 3 ) = u at x S , ( four )
Figure 00000005

где S = 1 2 ( R э + R 21 2 β 3 )

Figure 00000006
- крутизна ДУ.Where S = one 2 ( R uh + R 21 2 β 3 )
Figure 00000006
- the steepness of the remote control.

Уравнение (4) справедливо для следующих амплитуд входных напряженийEquation (4) is valid for the following amplitudes of the input voltages

U в х . м а х U г р = I 0 R 21 = I 0 R 22 . ( 5 )

Figure 00000007
U at x . m but x U g R = I 0 R 21 = I 0 R 22 . ( 5 )
Figure 00000007

Таким образом, диапазон активной работы ДУ фиг.2 определяется произведением (5) и может выбираться в соответствии с требуемыми значениями к υвых операционного усилителя (1). Данные выводы подтверждаются графиками (фиг.9-17), из которых следует, что диапазон активной работы заявляемого ДУ увеличивается на порядок в сравнении с Uгр ДУ-прототипа.Thus, the range of active operation of the remote control of FIG. 2 is determined by the product (5) and can be selected in accordance with the required values to υ out of the operational amplifier (1). These findings are confirmed by graphs (Fig.9-17), from which it follows that the range of active work of the proposed remote control increases by an order of magnitude in comparison with U gr remote control prototype.

Таким образом, проходная характеристика iвых=f(uвх) заявляемого ДУ «продлевается» в область больших токов (фиг.9-17), значительно превышающих статические токи транзисторов ДУ. Это характерно для транзисторных каскадов класса «АВ».Thus, the pass-through characteristic i out = f (u in ) of the claimed remote control "extends" to the region of high currents (Fig.9-17), significantly exceeding the static currents of the transistors of the remote control. This is typical for transistor cascades of class "AB".

При отрицательном uвх ДУ фиг.2 работает аналогично.With a negative u in the remote control of figure 2 works similarly.

Результаты компьютерного моделирования ДУ (фиг.8), представленные на графиках (фиг.9-17), подтверждают полученные выше теоретические выводы.The results of computer simulation of the remote control (Fig. 8), presented on the graphs (Figs. 9-17), confirm the theoretical conclusions obtained above.

Предлагаемый ДУ может использоваться в структуре быстродействующих операционных усилителей различного функционального назначения, а также в аналоговых микросхемах с широким диапазоном линейной работы.The proposed remote control can be used in the structure of high-speed operational amplifiers for various functional purposes, as well as in analog microcircuits with a wide range of linear operation.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент США №3.786.362.1. US patent No. 3.786.362.

2. Патент США №4.030.044.2. US patent No. 4.030.044.

3. Патент США №4.059.808, фиг.5.3. US patent No. 4.059.808, Fig.5.

4. Патент США №4.286.227.4. US patent No. 4.286.227.

5. Авт.свид. СССР №375754, H03f 3/38.5. Autosvid. USSR No. 375754, H03f 3/38.

6. Авт.свид. СССР №843164, H03f 3/30.6. Autosvid. USSR No. 843164, H03f 3/30.

7. Патент США №3.660.773.7. US Patent No. 3,660,773.

8. Патент США №4.560.948.8. US Patent No. 4,560,948.

9. Патент РФ №2930041, H03f 1/32.9. RF patent No. 2930041, H03f 1/32.

10. Патент Японии №57-5364, H03f 3/343.10. Japanese Patent No. 57-5364, H03f 3/343.

11. Патент ЧССР №134845, кл. 21a2 18/08.11. Patent of Czechoslovakia No. 134845, cl. 21a 2 18/08.

12. Патент ЧССР №134849, кл. 21a2 18/08.12. Patent of Czechoslovakia No. 134849, cl. 21a 2 18/08.

13. Патент ЧССР №135326, кл. 21а2 18/08.13. Czechoslovak Patent No. 135326, cl. 21a 2 18/08.

14. Патент США №4.389.579.14. US patent No. 4.389.579.

15. Патент Англии №1543361, НЗТ.15. Patent of England No. 1543361, NZT.

16. Патент США №5.521.552 (фиг.3а).16. US patent No. 5.521.552 (figa).

17. Патент США №4.059.808.17. US Patent No. 4.059.808.

18. Патент США №5.789.949.18. US patent No. 5.789.949.

19. Патент США №4.453.134.19. US Patent No. 4,453.134.

20. Патент США №4.760.286.20. US patent No. 4.760.286.

21. Авт.свид. СССР №1283946.21. Autosvid. USSR No. 1283946.

22. Патент РФ №2019019.22. RF patent No.2019019.

23. Патент США №4.389.579.23. US patent No. 4.389.579.

24. Патент США №4.453.092.24. US patent No. 4,453.092.

25. Патент США №3.566.289.25. US Patent No. 3,566.289.

26. Патент США №4.059.808 (фиг.2).26. US patent No. 4.059.808 (figure 2).

27. Патент США №3.649.926.27. US Patent No. 3,649,926.

28. Патент США №4.714.894 (фиг.1).28. US patent No. 4.714.894 (figure 1).

29. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. - М.: Радио и связь, 1989.29. Matavkin V.V. High-speed operational amplifiers. - M.: Radio and Communications, 1989.

30. М.Херпи. Аналоговые интегральные схемы. - М.: Радио и связь, 1983, стр.174, рис.5.52.30. M. Herpy. Analog integrated circuits. - M.: Radio and Communications, 1983, p. 174, Fig. 5.52.

31. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов [Текст] / В.И.Анисимов, М.В.Капитонов, Н.Н.Прокопенко, Ю.М.Соколов. - Л., 1979. - 148 с.31. Operational amplifiers with direct connection of cascades [Text] / V.I. Anisimov, M.V. Kapitonov, N.N. Prokopenko, Yu.M. Sokolov. - L., 1979. - 148 p.

Claims (1)

Входной каскад быстродействующего операционного усилителя, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых связаны с эмиттерами соответствующих первого (3) и второго (4) выходных транзисторов с объединенными базами, первый (5) и второй (6) вспомогательные транзисторы, базы которых соединены с соответствующими базами первого (1) и второго (2) входных транзисторов и подключены к соответствующим первому (7) и второму (8) входам устройства, первый (9) и второй (10) прямосмещенные p-n-переходы, включенные в эмиттеры соответствующих первого (5) и второго (6) вспомогательных транзисторов, первый (11) токостабилизирующий двухполюсник, токовые выходы устройства (12), (13), (14), (15), связанные с коллекторами первого (1) и второго (2) входных транзисторов, а также коллекторами первого (3) и второго (4) выходных транзисторов, причем коллекторы первого (5) и второго (6) вспомогательных транзисторов связаны с первой (16) шиной источника питания, отличающийся тем, что между вторым (10) прямосмещенным p-n-переходом, включенным в эмиттер второго (6) вспомогательного транзистора, и второй (17) шиной источника питания включен первый (11) токостабилизирующий двухполюсник, между первым (9) прямосмещенным p-n-переходом, включенным в эмиттер первого (5) вспомогательного транзистора, и второй (17) шиной источника питания включен второй (18) токостабилизирующий двухполюсник, между общим узлом (19) первого (9) прямосмещенного p-n-перехода и второго (18) токостабилизирующего двухполюсника, а также общим узлом (20) второго (12) прямосмещенного p-n-перехода и первого (11) токостабилизирующего двухполюсника последовательно включены третий (21) и четвертый (22) дополнительные резисторы, общий узел (23) которых соединен с базами первого (3) и второго (4) входных транзисторов. The input stage of a high-speed operational amplifier containing the first (1) and second (2) input transistors whose emitters are connected to the emitters of the corresponding first (3) and second (4) output transistors with integrated bases, the first (5) and second (6) auxiliary transistors whose bases are connected to the corresponding bases of the first (1) and second (2) input transistors and are connected to the corresponding first (7) and second (8) inputs of the device, the first (9) and second (10) forward biased pn junctions included to emitters of relevant n the first (5) and second (6) auxiliary transistors, the first (11) current-stabilizing two-terminal device, the current outputs of the device (12), (13), (14), (15) associated with the collectors of the first (1) and second (2) input transistors, as well as collectors of the first (3) and second (4) output transistors, and the collectors of the first (5) and second (6) auxiliary transistors are connected to the first (16) power supply bus, characterized in that between the second (10) direct biased pn junction included in the emitter of the second (6) auxiliary transistor and the second (17) source bus The first (11) current-stabilizing two-terminal device is switched on, between the first (9) forward-biased pn junction included in the emitter of the first (5) auxiliary transistor, and the second (17) current-stabilizing two-terminal device, between the common node ( 19) the first (9) forward biased pn junction and the second (18) current stabilizing bipolar, as well as the common node (20) of the second (12) forward biased pn junction and the first (11) current stabilizing bipolar, the third (21) and fourth (22 ) additional resistors, the common node (23) of which is connected to the bases of the first (3) and second (4) input transistors.
RU2012134440/08A 2012-08-10 2012-08-10 Input stage of high-speed operational amplifier RU2509406C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134440/08A RU2509406C1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 Input stage of high-speed operational amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134440/08A RU2509406C1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 Input stage of high-speed operational amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2509406C1 true RU2509406C1 (en) 2014-03-10

Family

ID=50192217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012134440/08A RU2509406C1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 Input stage of high-speed operational amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2509406C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571578C1 (en) * 2014-11-11 2015-12-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Input stage of multidifferential operational amplifier for radiation-resistant bipolar-field process

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4381487A (en) * 1979-12-10 1983-04-26 General Electric Company Resonator coupled differential amplifier
WO1993016427A1 (en) * 1992-02-07 1993-08-19 Crosspoint Solutions, Inc. Voltage regulator with high gain cascode mirror
US7221224B2 (en) * 2004-04-08 2007-05-22 Denso Corporation Differential amplifier circuit
RU2319292C1 (en) * 2006-07-20 2008-03-10 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Cascode differential amplifier
RU2393627C1 (en) * 2009-02-18 2010-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Broadband operational amplifier with differential output
RU2421881C1 (en) * 2010-05-11 2011-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4381487A (en) * 1979-12-10 1983-04-26 General Electric Company Resonator coupled differential amplifier
WO1993016427A1 (en) * 1992-02-07 1993-08-19 Crosspoint Solutions, Inc. Voltage regulator with high gain cascode mirror
US7221224B2 (en) * 2004-04-08 2007-05-22 Denso Corporation Differential amplifier circuit
RU2319292C1 (en) * 2006-07-20 2008-03-10 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Cascode differential amplifier
RU2393627C1 (en) * 2009-02-18 2010-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Broadband operational amplifier with differential output
RU2421881C1 (en) * 2010-05-11 2011-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571578C1 (en) * 2014-11-11 2015-12-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Input stage of multidifferential operational amplifier for radiation-resistant bipolar-field process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11005428B2 (en) Differential input circuit, amplification circuit, and display apparatus
RU2566963C1 (en) Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes
RU2509406C1 (en) Input stage of high-speed operational amplifier
RU2421887C1 (en) Differential amplifier with paraphase output
RU2390916C1 (en) Precision operational amplifier
RU2504896C1 (en) Input stage of high-speed operational amplifier
RU2510570C1 (en) Complementary input stage of high-speed operational amplifier
RU2439780C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2687161C1 (en) Buffer amplifier for operation at low temperatures
RU2319291C1 (en) Cascade differential amplifier
RU2419187C1 (en) Cascode differential amplifier with increased zero level stability
RU2446554C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU2684473C1 (en) Differential cascade on complementary field-effect transistors
RU2414808C1 (en) Operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2519544C1 (en) Complementary differential amplifier with expanded active operation range
RU2432666C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2452077C1 (en) Operational amplifier with paraphase output
RU2321158C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2307459C1 (en) Ab class differential amplifier
RU2421894C1 (en) Differential amplifier
RU2568318C1 (en) Multidifferential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2390921C1 (en) Operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2595926C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2589323C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2444119C1 (en) Precision operational amplifier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140811