RU2523124C1 - Multi-differential operational amplifier - Google Patents
Multi-differential operational amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523124C1 RU2523124C1 RU2013100769/08A RU2013100769A RU2523124C1 RU 2523124 C1 RU2523124 C1 RU 2523124C1 RU 2013100769/08 A RU2013100769/08 A RU 2013100769/08A RU 2013100769 A RU2013100769 A RU 2013100769A RU 2523124 C1 RU2523124 C1 RU 2523124C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- transistor
- collector
- operational amplifier
- Prior art date
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation 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, в фотоприемных устройствах, решающих усилителях с малыми значениями входной проводимости).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 for various functional purposes (for example, in photodetectors, solving amplifiers with small values of input conductivity).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные операционные усилители (ОУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ОУ с комплементарными входными каскадами [1-11]. Такие ОУ имеют предельно простую структуру и характеризуются малым энергопотреблением.In modern electronic equipment, differential operational amplifiers (op amps) with significant different parameters are used. A special place is occupied by op amps with complementary input stages [1–11]. Such op-amps have an extremely simple structure and are characterized by low power consumption.
Предлагаемое изобретение относится к классу ОУ на базе комплементарных входных каскадов [1-11].The present invention relates to the class of OS based on complementary input stages [1-11].
Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является классическая схема ОУ, фиг.1, представленная в авт. свид. СССР №603097, которая также присутствует в большом числе других патентов, например [1-11]. ОУ-прототип, фиг.1, содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, база первого 1 входного транзистора соединена с первым 3 инвертирующим входом устройства, база второго 2 входного транзистора соединена с первым 4 неинвертирующим входом устройства, первый 5 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером первого 1 входного транзистора, а коллектор подключен ко входу первого 6 токового зеркала, согласованного с первой 7 шиной источника питания, второй 8 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером второго 2 входного транзистора, второе 9 токовое зеркало, согласованное со второй 10 шиной источника питания, вход которого связан с коллектором второго 2 входного транзистора, причем выход устройства 11 соединен с выходом первого 6 токового зеркала.The closest in essence to the claimed technical solution is the classical scheme of the op amp, figure 1, presented in ed. testimonial. USSR No. 603097, which is also present in a large number of other patents, for example [1-11]. The op-amp prototype, figure 1, contains the first 1 and second 2 input transistors, the base of the first 1 input transistor is connected to the first 3 inverting input of the device, the base of the second 2 input transistor is connected to the first 4 non-inverting input of the device, the first 5 output transistor, the emitter of which connected to the emitter of the first 1 input transistor, and the collector is connected to the input of the first 6 current mirror, matched with the first 7 bus of the power source, the second 8 output transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the second 2 input transistor of the source, the second 9 current mirror, matched with the second 10 bus power source, the input of which is connected to the collector of the second 2 input transistor, and the output of the
Существенный недостаток известного ОУ, фиг.1, состоит в том, что он имеет только два входа, что не позволяет его использовать в классе достаточно перспективных активных элементов аналоговой схемотехники нового поколения - мультидифференциальных ОУ.A significant drawback of the known op-amp, Fig. 1, is that it has only two inputs, which does not allow it to be used in the class of sufficiently promising active elements of a new generation of analog circuitry - multidifferential op-amps.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в увеличении числа входов ОУ, т.е. в создании мультидифференциального ОУ. Дополнительная задача - повышение дифференциального и синфазного входных сопротивлений по двум из четырех входов ОУ и создание условий для реализации малых напряжений смещения нуля.The main objective of the invention is to increase the number of inputs of the OS, i.e. in creating a multi-differential op-amp. An additional task is to increase the differential and common-mode input resistances at two of the four op amp inputs and create conditions for realizing small zero bias voltages.
Поставленная задача достигается тем, что в мультидифференциальном операционном усилителе, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, база первого 1 входного транзистора соединена с первым 3 инвертирующим входом устройства, база второго 2 входного транзистора соединена с первым 4 неинвертирующим входом устройства, первый 5 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером первого 1 входного транзистора, а коллектор подключен ко входу первого 6 токового зеркала, согласованного с первой 7 шиной источника питания, второй 8 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером второго 2 входного транзистора, второе 9 токовое зеркало, согласованное со второй 10 шиной источника питания, вход которого связан с коллектором второго 2 входного транзистора, причем выход устройства 11 соединен с выходом первого 6 токового зеркала, предусмотрены новые элементы и связи - 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 И, 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.The problem is achieved in that in a multidifferential operational amplifier containing the first 1 and second 2 input transistors, the base of the first 1 input transistor is connected to the first 3 inverting input of the device, the base of the second 2 input transistor is connected to the first 4 non-inverting input of the device, the first 5 output transistor whose emitter is connected to the emitter of the first 1 input transistor, and the collector is connected to the input of the first 6 current mirror, matched with the first 7 bus of the power source, the second 8 output a new transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the second 2 input transistor, the second 9 current mirror, matched with the second 10 bus of the power source, the input of which is connected to the collector of the second 2 input transistor, and the output of the
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1.
На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.2 формулы изобретения.Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
Схема ДУ, соответствующая п.3 и 4 формулы изобретения, показана на фиг.3.The remote control scheme corresponding to
На фиг.4 представлена схема заявляемого ОУ в среде PSpice на моделях транзисторов аналогового базового матричного кристалла АБМК_1_3, соответствующая п.5 формулы изобретения, а на фиг.5 приведена зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты ОУ фиг.4.Figure 4 presents a diagram of the claimed op-amp in the PSpice environment on models of transistors of the analog base matrix crystal ABMK_1_3, corresponding to
На фиг.6 представлена частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению ОУ фиг.4 со 100% отрицательной обратной связью.Figure 6 presents the frequency dependence of the voltage gain of the op-amp of Figure 4 with 100% negative feedback.
На фиг.7 представлена зависимость напряжения смещения нуля от температуры ОУ фиг.4.Figure 7 presents the dependence of the bias voltage of zero on the temperature of the op-amp of figure 4.
Мультидифференциальный операционный усилитель содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, база первого 1 входного транзистора соединена с первым 3 инвертирующим входом устройства, база второго 2 входного транзистора соединена с первым 4 неинвертирующим входом устройства, первый 5 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером первого 1 входного транзистора, а коллектор подключен ко входу первого 6 токового зеркала, согласованного с первой 7 шиной источника питания, второй 8 выходной транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером второго 2 входного транзистора, второе 9 токовое зеркало, согласованное со второй 10 шиной источника питания, вход которого связан с коллектором второго 2 входного транзистора, причем выход устройства 11 соединен с выходом первого 6 токового зеркала. 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.The multidifferential operational amplifier contains the first 1 and second 2 input transistors, the base of the first 1 input transistor is connected to the first 3 inverting input of the device, the base of the second 2 input transistor is connected to the first 4 non-inverting input of the device, the first 5 output transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the first 1 input transistor, and the collector is connected to the input of the first 6 current mirror, consistent with the first 7 bus power supply, the second 8 output transistor, the emitter of which is connected with emi
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, первый 4 неинвертирующий и второй 13 инвертирующий входы устройства подключены, в частном случае, к общей шине 14 источников питания.In Fig. 3, in accordance with
Кроме этого, на фиг.3, в соответствии с п.3 формулы изобретения, коллектор первого 1 входного транзистора связан со второй 10 шиной источника питания через цепь согласования потенциалов 15, выполненную в виде дополнительного транзистора 16, эмиттер которого соединен с коллектором первого 1 входного транзистора, база соединена со входом второго 9 токового зеркала, а коллектор подключен ко второй 10 шине источников питания.In addition, in Fig. 3, in accordance with
Следует также заметить, что на фиг.3, в соответствии с п.4 формулы изобретения, выход устройства 11 связан со входом дополнительного буферного усилителя 17, выход которого 18 является дополнительным выходом устройства. Для симметрирования статического режима транзисторов 1 и 2 включен источник напряжения 19, в качестве которого можно использовать р-n-переход.It should also be noted that in Fig. 3, in accordance with
На фиг.4, в соответствии с п.5 формулы изобретения, в эмиттеры первого 1 и второго 2 входных транзисторов включены соответствующие первый и второй дополнительные резисторы.In figure 4, in accordance with
Рассмотрим работу ОУ, фиг.2, который за счет новых связей имеет 4 входа 3, 12 и 1, 13, а также определим систематическую составляющую его напряжения смещения нуля Uсм.Consider the work of the op amp, figure 2, which due to new connections has 4
Токи истока и стока полевых транзисторов 5 и 8 (Iи=Ic=I0) зависят от крутизны их стоко-затворной характеристики при Uзи.5=Uзи.8≈0,7 B. При идентичных эмиттерных переходах первого 1 и второго 2 входных транзисторов, а также идентичных полевых транзисторах 5 и 8, коллекторный ток транзистора 2 и ток стока транзистора 5 также будут равны величине I0. Следовательно, напряжение смещения нуля рассматриваемого ОУThe source and drain currents of
так как Uэб.1=Uзи.5, Uэб.2=Uэб.1=UA * B *, Uзи.5=Uзи.8.since
Таким образом, в рассматриваемой схеме обеспечивается малое напряжение смещения нуля, который имеет за счет применения полевых транзисторов повышенные входные сопротивления по двум входам 12 и 13 для дифференциального и синфазного сигналов.Thus, in the considered circuit, a small zero bias voltage is provided, which, due to the use of field effect transistors, has increased input resistances at the two
Дифференциальный коэффициент усиления по напряжению заявляемого ДУ, фиг.2:The differential voltage gain of the claimed remote control, figure 2:
где
S1 - крутизна стоко-затворной характеристики полевого транзистора 5;S 1 - the steepness of the gate-gate characteristic of the
φт = 26 мВ - температурный потенциал;φ t = 26 mV - temperature potential;
Rн.экв - эквивалентное сопротивление нагрузки ОУ, подключенной к выходу 11.R n.eq - equivalent load resistance of the op-amp connected to
При изменении температуры (или уровня радиации) изменяется ток стока транзистора 5, который поступает на вход, а затем выход токового зеркала 6. Однако точно так же (в связи с симметрией истоковой цепи) изменяется ток истока транзистора 8 и коллекторный ток транзистора 2, который поступает на вход, а затем выход токового зеркала 9. В результате в цепи выхода 11 происходит взаимная компенсация данных приращений и поэтому Uсм изменяется незначительно.When the temperature (or radiation level) changes, the drain current of the
Таким образом, в заявляемом устройстве уменьшается систематическая составляющая напряжения смещения нуля Uсм и его дрейф.Thus, in the inventive device decreases the systematic component of the bias voltage of zero U cm and its drift.
Заявляемое устройство 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.The inventive device has significant advantages compared with the prototype in terms of the value of the static error of amplification of DC signals and can be used as IP modules of modern systems on a chip, implemented, for example, using the technology of analog base matrix crystals ABMK_1_3.
ЛитератураLiterature
1. Патент US 5.789.949.1. Patent US 5.789.949.
2. Патент US 3.660.773.2. Patent US 3.660.773.
3. Патент US 4.074.205.3. Patent US 4.074.205.
4. Патентная заявка US 2010/0225392.4. Patent application US 2010/0225392.
5. Патент GB 1543361.5. Patent GB 1543361.
6. Патент DE 2633952.6. Patent DE 2633952.
7. Патент US 4.059.808.7. Patent US 4.059.808.
8. Патент RU 2.019.019.8. Patent RU 2.019.019.
9. Патентная заявка US 2006/0091952.9. Patent application US 2006/0091952.
10. Патент US 5.521.553.10. Patent US 5.521.553.
11. Патент US 5.010.303.11. Patent US 5.010.303.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013100769/08A RU2523124C1 (en) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Multi-differential operational amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013100769/08A RU2523124C1 (en) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Multi-differential operational amplifier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013100769A RU2013100769A (en) | 2014-07-20 |
RU2523124C1 true RU2523124C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51215123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013100769/08A RU2523124C1 (en) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Multi-differential operational amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2523124C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571569C1 (en) * | 2014-11-19 | 2015-12-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Precision operational amplifier for radiation-proof bipolar-field technological process |
RU2589323C1 (en) * | 2015-07-28 | 2016-07-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Bipolar-field operational amplifier |
RU2615071C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-04-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Bipolar-field multidifferential operational amplifier |
RU2621289C1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain |
RU2624585C1 (en) * | 2016-03-18 | 2017-07-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Low temperature radiation resistant multidifferencial operation amplifier |
RU2628131C1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-08-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Radiation-resistant multidifferential operational amplifier for operation at low temperatures |
RU2679970C1 (en) * | 2018-06-07 | 2019-02-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Differential amplifier on complimentary field transistors with controlled voltage limitations of passage characteristics |
RU2741055C1 (en) * | 2020-09-02 | 2021-01-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Operational amplifier with "floating" input differential cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2374756C1 (en) * | 2008-03-20 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Multidifferential amplifer |
RU2412535C1 (en) * | 2009-09-03 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operating amplifier |
RU2416149C1 (en) * | 2009-11-18 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operating amplifier with low zero offset voltage |
-
2013
- 2013-01-09 RU RU2013100769/08A patent/RU2523124C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2374756C1 (en) * | 2008-03-20 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Multidifferential amplifer |
RU2412535C1 (en) * | 2009-09-03 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operating amplifier |
RU2416149C1 (en) * | 2009-11-18 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential operating amplifier with low zero offset voltage |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571569C1 (en) * | 2014-11-19 | 2015-12-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Precision operational amplifier for radiation-proof bipolar-field technological process |
RU2589323C1 (en) * | 2015-07-28 | 2016-07-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Bipolar-field operational amplifier |
RU2621289C1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain |
RU2615071C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-04-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Bipolar-field multidifferential operational amplifier |
RU2628131C1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-08-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Radiation-resistant multidifferential operational amplifier for operation at low temperatures |
RU2624585C1 (en) * | 2016-03-18 | 2017-07-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Low temperature radiation resistant multidifferencial operation amplifier |
RU2679970C1 (en) * | 2018-06-07 | 2019-02-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Differential amplifier on complimentary field transistors with controlled voltage limitations of passage characteristics |
RU2741055C1 (en) * | 2020-09-02 | 2021-01-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Operational amplifier with "floating" input differential cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013100769A (en) | 2014-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2523124C1 (en) | Multi-differential operational amplifier | |
RU2615066C1 (en) | Operational amplifier | |
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2615070C1 (en) | High-precision two-stage differential operational amplifier | |
RU2536376C1 (en) | Operational amplifier with paraphase output | |
RU2517699C1 (en) | Differential operational amplifier with passive parallel channel | |
RU2411634C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2452077C1 (en) | Operational amplifier with paraphase output | |
RU2433523C1 (en) | Precision differential operational amplifier | |
RU2621289C1 (en) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2579127C1 (en) | Operational amplifier based broadband converter for converting n-current input signals into voltage | |
RU2616573C1 (en) | Differential operation amplifier | |
RU2568318C1 (en) | Multidifferential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2346387C1 (en) | Low-voltage differential amplifier | |
RU2589323C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2571579C1 (en) | Precision operational amplifier for radiation-proof bipolar field technological process | |
RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit | |
RU2450425C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2519373C1 (en) | Hybrid differential amplifier | |
RU2604684C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier based on "bent" cascade | |
RU2402155C1 (en) | Differential 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: 20150110 |