RU2365970C1 - Current mirror - Google Patents
Current mirror Download PDFInfo
- Publication number
- RU2365970C1 RU2365970C1 RU2007144029/09A RU2007144029A RU2365970C1 RU 2365970 C1 RU2365970 C1 RU 2365970C1 RU 2007144029/09 A RU2007144029/09 A RU 2007144029/09A RU 2007144029 A RU2007144029 A RU 2007144029A RU 2365970 C1 RU2365970 C1 RU 2365970C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- input
- additional
- collector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве функционального узла различных устройств усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), компараторах, стабилизаторах и т.п.).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a functional unit of various devices for amplifying analog signals, in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps), comparators, stabilizers, etc.).
Основой большинства современных операционных усилителей, стабилизаторов напряжения, компараторов являются так называемые «токовые зеркала» (повторители тока) [1-56]. В патентной литературе эти устройства с одним и тем же функциональным назначением присутствуют в классе H03F, а также классах G05F, Н03К МПК. Качественные показатели многих аналоговых устройств определяются сегодня параметрами токовых зеркал. Именно этим объясняется большое число патентов, посвященных данному подклассу функциональных узлов [1-56].The basis of most modern operational amplifiers, voltage stabilizers, comparators are the so-called "current mirrors" (current repeaters) [1-56]. In the patent literature, these devices with the same functional purpose are present in the class H03F, as well as classes G05F, H03K IPC. Qualitative indicators of many analog devices are determined today by the parameters of current mirrors. This explains the large number of patents devoted to this subclass of functional units [1-56].
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является токовое зеркало, описанное в патенте фирмы Analog Devices US №4560948, содержащее входной транзистор 1, коллектор которого соединен со входом 2 токового зеркала и токовым источником сигнала 3, а эмиттер через первый токостабилизирующий двухполюсник 4 связан с первой шиной 5 источника питания, выходной 6 транзистор, коллектор которого соединен с токовым выходом 7 токового зеркала и через нагрузку 8 подключен ко второй 9 шине источника питания, а эмиттер через второй 10 токостабилизирующий двухполюсник 9 связан с первой 5 шиной источника питания, вспомогательный транзистор 11 цепи отрицательной обратной связи.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a current mirror described in the patent of Analog Devices US No. 4560948, containing an
Существенный недостаток известного токового зеркала состоит в том, что оно не обеспечивает высокую точность передачи по току в том случае, если статические потенциалы на коллекторах входного 1 и выходного 6 транзисторов существенно отличаются друг от друга. Следует отметить, что такой режим работы токовых зеркал характерен при их использовании в схемах многих операционных усилителей (ОУ) с типовой архитектурой. Вследствие этого недостатка известного устройства напряжение смещения нуля ОУ на его основе измеряется единицами милливольт. В большинстве случаев это неприемлемо.A significant drawback of the known current mirror is that it does not provide high current transfer accuracy if the static potentials on the collectors of the
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении точности передачи по току токового зеркала и, как следствие, в уменьшении напряжения смещения нуля и повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала в операционных усилителях на его основе.The main objective of the invention is to increase the accuracy of current transmission of the current mirror and, as a result, to reduce the bias voltage and increase the attenuation coefficient of the input common-mode signal in operational amplifiers based on it.
Поставленная цель достигается тем, что в токовом зеркале фиг.1, содержащем входной транзистор 1, коллектор которого соединен со входом 2 токового зеркала и токовым источником сигнала 3, а эмиттер через первый токостабилизирующий двухполюсник 4 связан с первой шиной 5 источника питания, выходной 6 транзистор, коллектор которого соединен с токовым выходом 7 токового зеркала и через нагрузку 8 подключен ко второй 9 шине источника питания, а эмиттер через второй 10 токостабилизирующий двухполюсник 9 связан с первой 5 шиной источника питания, вспомогательный транзистор 11 цепи отрицательной обратной связи, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 12 и второй 13 дополнительные двухполюсники, имеющие общий узел 14, первый источник напряжения смещения 15, подключенный к объединенным базам входного 1 и выходного 6 транзисторов, второй источник напряжения смещения 16, связанный с эмиттером вспомогательного транзистора 11 цепи отрицательной обратной связи, причем первый 12 и второй 13 последовательно соединенные дополнительные двухполюсники включены между эмиттерами входного 1 и выходного 6 транзисторов, общий узел 14 первого 12 и второго 13 дополнительных двухполюсников соединен с коллектором вспомогательного транзистора 11 цепи отрицательной обратной связи, база которого соединена с коллектором водного транзистора 1.This goal is achieved in that in the current mirror of FIG. 1, containing an
Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.3 формулы изобретения показана на фиг.2.The diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 показана схема заявляемого токового зеркала в структуре операционного усилителя при частном варианте выполнения двухполюсников 12 и 13, соответствующем п.4 и п.7 формулы изобретения.Figure 3 shows a diagram of the inventive current mirror in the structure of the operational amplifier in a particular embodiment of the two-
На фиг.4 изображен вариант построения токового зеркала в соответствии с п.3, п.7 и п.8 формулы изобретения.Figure 4 shows a variant of constructing a current mirror in accordance with
На фиг.5 показана схема входного каскада операционного усилителя (ОУ), выходы 3 и 8 которого могут подключаться ко входам 2 и 7 заявляемого токового зеркала. Этот входной каскад выполнен на элементах 23-28.Figure 5 shows a diagram of the input stage of an operational amplifier (op amp), the
На фиг.6 показана схема заявляемого (фиг.2) устройства в среде компьютерного моделирования PSpice, а на фиг.7 - график зависимости его выходного тока от входного тока.In Fig.6 shows a diagram of the claimed (Fig.2) device in a computer simulation environment PSpice, and Fig.7 is a graph of the dependence of its output current on the input current.
На фиг.8 показана схема операционного усилителя с известным токовым зеркалом в среде PSpice, на базе которой выполнен компьютерный расчет напряжения смещения нуля (здесь Uсм=14 мВ).On Fig shows a diagram of an operational amplifier with a known current mirror in the environment PSpice, on the basis of which a computer calculation of the bias voltage zero (here U cm = 14 mV).
На фиг.9 показана схема операционного усилителя с заявляемым токовым зеркалом в среде PSpice, на базе которой выполнен компьютерный расчет напряжения смещения нуля (здесь Ucм=59 мкВ).Figure 9 shows a diagram of an operational amplifier with the claimed current mirror in a PSpice environment, on the basis of which a computer calculation of the zero bias voltage was performed (here U cm = 59 μV).
На фиг.10 представлена в среде PSpice другая схема ОУ с заявляемым токовым зеркалом, которая имеет Uсм=250 мкВ.Figure 10 presents in the environment of PSpice another op-amp circuit with the claimed current mirror, which has U cm = 250 μV.
Токовое зеркало фиг.2 содержит входной транзистор 1, коллектор которого соединен со входом 2 токового зеркала и источником сигнала 3, а эмиттер через первый токостабилизирующий двухполюсник 4 связан с первой шиной 5 источника питания, выходной 6 транзистор, коллектор которого соединен с токовым выходом 7 токового зеркала и через нагрузку 8 подключен ко второй 9 шине источника питания, а эмиттер через второй 10 токостабилизирующий двухполюсник 9 связан с первой 5 шиной источника питания, вспомогательный транзистор 11 цепи отрицательной обратной связи. В схему введены первый 12 и второй 13 дополнительные двухполюсники, имеющие общий узел 14, первый источник напряжения смещения 15, подключенный к объединенным базам входного 1 и выходного 6 транзисторов, второй источник напряжения смещения 16, связанный с эмиттером вспомогательного транзистора 11 цепи отрицательной обратной связи, причем первый 12 и второй 13 последовательно соединенные дополнительные двухполюсники включены между эмиттерами входного (1) и выходного (6) транзисторов, общий узел 14 первого 12 и второго 13 дополнительных двухполюсников соединен с коллектором вспомогательного транзистора 11 цепи отрицательной обратной связи, база которого соединена с коллектором входного транзистора 1.The current mirror of figure 2 contains an
В соответствии с п.2 и п.3 формулы изобретения (фиг.2) эмиттеры входного 1 и выходного 6 транзисторов используются в качестве дополнительных токовых входов 17 и 18 токового зеркала.In accordance with
В соответствии с п.3 формулы изобретения (фиг.2) в качестве первого 4 и второго 10 токостабилизирующих двухполюсников, а также первого 12 и второго 13 дополнительных двухполюсников используются резисторы.In accordance with
В соответствии с п.4 формулы изобретения (фиг.3) в качестве первого 12 и второго 13 дополнительных двухполюсников используются прямосмещенные p-n переходы, а в качестве первого 4 и второго 10 токостабилизирующих двухполюсников - резисторы.In accordance with
В соответствии с п.5 формулы изобретения в качестве первого 4 и второго 10 токостабилизирующих двухполюсников могут использоваться прямосмещенные p-n переходы, а в качестве первого 12 и второго 13 дополнительных двухполюсников - резисторы.In accordance with
В соответствии с п.6 формулы изобретения в качестве первого 14 и второго 10 токостабилизирующих двухполюсников, а также первого 12 и второго 13 дополнительных двухполюсников могут использоваться прямосмещенные p-n переходы.In accordance with
В токовом зеркале, соответствующем п.7 формулы изобретения (фиг.3), в качестве второго источника напряжения смещения (16) используется дополнительный повторитель напряжения (19), вход которого соединен с выходом (7) токового зеркала, а выход (20) соединен с эмиттером вспомогательного транзистора (11) цепи отрицательной обратной связи.In the current mirror corresponding to
В частном случае (п.8) дополнительный повторитель напряжения 19 реализован в виде эмиттерного повторителя на транзисторе 21 и двухполюснике 22.In the particular case (p. 8), an
Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2.Consider the operation of the inventive device of figure 2.
В статическом режиме в схеме фиг.2 при R4=R10, R12=R13 справедливы следующие токовые уравненияIn the static mode in the circuit of figure 2 with R 4 = R 10 , R 12 = R 13 the following current equations are valid
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
. .
Таким образом, в заявляемом токовом зеркале существует прямо пропорциональная зависимость выходного тока от входного тока. Однако это справедливо, еслиThus, in the inventive current mirror, there is a directly proportional dependence of the output current on the input current. However, this is true if
Особенность предлагаемого токового зеркала - высокая симметрия статического режима транзисторов 1 и 2 по напряжению коллектор-база, что не реализуется в известном токовом зеркале. Данный режим обеспечивается выбором напряжения источника смещения 16 так, что U16≈U7≈U2 или подключением эмиттера транзистора 11 к выходу 20 буферного усилителя 19 (фиг.3, фиг.4).A feature of the proposed current mirror is the high symmetry of the static mode of
Рассмотренный комплекс мер создает условия для уменьшения систематической погрешности передачи тока токового зеркала и, как следствие, уменьшению Uсм ОУ на основе заявляемого токового зеркала.The considered set of measures creates the conditions for reducing the systematic error in the transmission of current of the current mirror and, as a result, decreasing U cm of the op-amp based on the claimed current mirror.
Данные выводы подтверждаются результатами моделирования схем фиг.8 - фиг.10. Напряжение смещения нуля ОУ на базе заявляемого токового зеркала уменьшается без каких-либо регулировок и подстроек резисторов более чем в 10 раз.These findings are confirmed by the simulation results of the circuits of Fig.8 - Fig.10. The zero bias voltage of the op-amp based on the inventive current mirror decreases without any adjustments and adjustments of the resistors by more than 10 times.
Кроме этого в операционных усилителях с предлагаемым токовым зеркалом (фиг.3) более чем на порядок повышается коэффициент усиления по напряжению, существенно улучшается ослабление входных синфазных сигналов.In addition, in operational amplifiers with the proposed current mirror (Fig. 3), the voltage gain increases by more than an order of magnitude, and the attenuation of input common-mode signals is significantly improved.
Таким образом, заявляемое токовое зеркало характеризуется более высокими точностными параметрами, что положительно сказывается на величине напряжения смещения нуля операционных усилителей на его основе.Thus, the claimed current mirror is characterized by higher accuracy parameters, which positively affects the magnitude of the bias voltage of the operational amplifiers based on it.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент РФ №13296391. RF patent No. 1329639
2. Патент США №36816232. US Patent No. 3681623
3. Патент США №38136073. US Patent No. 3813607
4. Патент США №38354104. US Patent No. 3835410
5. Патент США №4008441 H03F 3/165. US patent No. 4008441
6. Патент США №40139736. US Patent No. 4013973
7. Патент США №4030044 (фиг.3)7. US patent No. 4030044 (figure 3)
8. Патент США №40577638. US Patent No. 4057763
9. Патент США №40951899. US Patent No. 4095189
10. Патент США №411741710. US Patent No. 4117417
11. Патент США №424131511. US Patent No. 4241315
12. Патент США №434521312. US Patent No. 4345213
13. Патент США №4412186 H03F 3/0413. US patent No. 4412186
14. Патент США №4462005 H03F 3/0414. US patent No. 4462005
15. Патент США №447123615. US patent No. 4471236
16. Патент США №447379416. US Patent No. 4473794
17. Патент США №456744417. US Patent No. 4567444
18. Патент США №4591804 H03F 3/0418. US patent No. 4591804
19. Патент США №476961919. US Patent No. 4769619
20. Патент США №485568620. US Patent No. 4855686
21. Патент США №4879524 H03F 3/2621. US Patent No. 4879524
22. Патент США №489761422. US Patent No. 4897614
23. Патент США №4937515 G05F 3/2623. US Patent No. 4937515
24. Патент США №499086424. US Patent No. 4990864
25. Патент США №505371825. US Patent No. 5053718
26. Патент США №5079518 НО3К 3/1626. US patent No. 5079518
27. Патент США №516465827. US Patent No. 5,164,658
28. Патент США №5357188 G05F 3/2628. US patent No. 5357188
29. Патент США №537325329. US patent No. 5373253
30. Патент США №5394079 G05F 3/1630. US patent No. 5394079
31. Патент США №539999131. US Patent No. 5399991
32. Патент США №5512815 G05F 3/1632. US patent No. 5512815
33. Патент США №557211433. US patent No. 5572114
34. Патент США №563361234. US patent No. 5633612
35. Патент США №572151235. US patent No. 5721512
36. Патент США №593305536. US patent No. 5933055
37. Патент США №596957437. US patent No. 5969574
38. Патент США №598650738. US patent No. 5986507
39. Патент США №601605039. US Patent No. 6016050
40. Патент США №657043840. US patent No. 6570438
41. Патент США №657379541. US patent No. 6573795
42. Патент США №658691842. US patent No. 6586918
43. Патент США №660600143. US patent No. 6606001
44. Патент США №629197744. US Patent No. 6291977
45. Патент США №630080345. US patent No. 6300803
46. Патент США №652898146. US patent No. 6528981
47. Патент США №663081847. US patent No. 6630818
48. Патент США №663319848. US Patent No. 6,633,198
49. Патент США №663945249. US Patent No. 6,639,452
50. Патент США №665748150. US patent No. 6657481
51. Патент США №667780751. US patent No. 6677807
52. Патент США №668060552. US patent No. 6680605
53. Патент США №681601453. US patent No. 6816014
54. Патент РФ RU 219327354. RF patent RU 2193273
55. Патентная заявка США 2004/08168855. US patent application 2004/081688
56. Патентная заявка США 2003/003049256. US patent application 2003/0030492
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007144029/09A RU2365970C1 (en) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Current mirror |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007144029/09A RU2365970C1 (en) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Current mirror |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007144029A RU2007144029A (en) | 2009-06-10 |
RU2365970C1 true RU2365970C1 (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=41024104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007144029/09A RU2365970C1 (en) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Current mirror |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2365970C1 (en) |
-
2007
- 2007-11-27 RU RU2007144029/09A patent/RU2365970C1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007144029A (en) | 2009-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2365969C1 (en) | Current mirror | |
RU2365970C1 (en) | Current mirror | |
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2331964C1 (en) | Voltage-to-current converter | |
RU2446555C2 (en) | Differential operational amplifier | |
RU2393629C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier | |
RU2414808C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2365029C1 (en) | Cascode difference amplifier with low offset voltage | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2621289C1 (en) | Two-stage differential operational amplifier with higher gain | |
RU2444119C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2390921C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2449466C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2412537C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2412540C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2416150C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2402154C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2343626C1 (en) | Current mirror | |
RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit | |
RU2449465C1 (en) | Precision operational amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121128 |