RU2402152C1 - Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift - Google Patents
Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift Download PDFInfo
- Publication number
- RU2402152C1 RU2402152C1 RU2009119631/09A RU2009119631A RU2402152C1 RU 2402152 C1 RU2402152 C1 RU 2402152C1 RU 2009119631/09 A RU2009119631/09 A RU 2009119631/09A RU 2009119631 A RU2009119631 A RU 2009119631A RU 2402152 C1 RU2402152 C1 RU 2402152C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- current
- emitter
- transistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в компараторах и прецизионных операционных усилителях (ОУ) с малыми значениями эдс смещения нуля).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 comparators and precision operational amplifiers (op amps) with small values of the emf of zero bias).
В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные усилители (ДУ) с существенно различными параметрами. Особое место занимают каскодные ДУ с простейшей двухкаскадной архитектурой, содержащие небольшое число элементов и характеризующиеся повышенным частотным диапазоном [1-12]. На их основе выполняются, например, различные классы селективных цепей, где число маломощных усилителей может измеряться десятками единиц. Предлагаемое изобретение относится к данному типу ДУ.In modern electronic equipment, differential amplifiers (DU) with significantly different parameters are used. A special place is occupied by cascode remote controls with the simplest two-stage architecture, containing a small number of elements and characterized by an increased frequency range [1-12]. On their basis, for example, various classes of selective circuits are performed, where the number of low-power amplifiers can be measured in tens of units. The present invention relates to this type of remote control.
В качестве прототипа авторами выбран каскодный дифференциальный усилитель, входящий в структуру повторителя напряжения (стабилизатора) по патенту Франции 2.227.574 (схема fig.1 при использовании следующих сочетаний функциональных узлов: fig.3с и fig.4a). Это же техническое решение запатентовано еще в трех странах NL, DE, JP [12].As a prototype, the authors chose a cascode differential amplifier included in the structure of the voltage follower (stabilizer) according to French patent 2.227.574 (diagram fig.1 using the following combinations of functional units: fig.3c and fig.4a). The same technical solution is patented in three more countries NL, DE, JP [12].
Существенный недостаток известного ДУ фиг.1 состоит в том, что он имеет повышенное значение систематической составляющей напряжения смещения нуля (Uсм), зависящей от свойств его архитектуры.A significant drawback of the known DE of FIG. 1 is that it has an increased value of the systematic component of the zero bias voltage (U cm ), which depends on the properties of its architecture.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в уменьшении абсолютного значения Uсм и его температурного дрейфа.The main objective of the invention is to reduce the absolute value of U cm and its temperature drift.
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первый 4 и второй 5 выходные транзисторы с объединенными базами, вспомогательный источник напряжения питания 6, первое токовое зеркало 7, вход которого соединен с коллектором первого 4 выходного транзистора, выход - подключен к коллектору второго 5 выходного транзистора и входу 8 буферного усилителя 9, содержащего входной 10 транзистор, причем тип проводимости входного 10 транзистора буферного усилителя 9 идентичен типу проводимости первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, эмиттер первого 4 выходного транзистора связан с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада, а эмиттер второго 5 выходного транзистора соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введено второе токовое зеркало 16, вход которого связан с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, выход - подключен к эмиттеру второго 5 выходного транзистора, а общий узел - связан со вспомогательным источником напряжения питания 6.This goal is achieved in that in the differential amplifier of figure 1, containing the input
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На фиг.3 и 4 показаны частные случаи выполнения токового зеркала 11.Figures 3 and 4 show particular cases of execution of the
На фиг.5 приведена схема заявляемого устройства для случая, когда в ней используется так называемый «перегнутый» каскод (элементы 4, 5, 7, 10, 12).Figure 5 shows a diagram of the inventive device for the case when it uses the so-called "bent" cascode (
В схеме фиг.6, соответствующей фиг.2, введен дополнительный транзистор терморадиационной компенсации 26.In the circuit of FIG. 6 corresponding to FIG. 2, an additional
На фиг.7 показаны схемы дифференциального усилителя - прототипа (левая часть) и заявляемого ДУ (правая часть) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».7 shows a diagram of a differential amplifier - prototype (left side) and the claimed remote control (right side) in the computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На фиг.8 приведены температурные зависимости напряжения смещения нуля схем фиг.7.In Fig.8 shows the temperature dependence of the bias voltage zero of the schemes of Fig.7.
Каскодный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первый 4 и второй 5 выходные транзисторы с объединенными базами, вспомогательный источник напряжения питания 6, первое токовое зеркало 7, вход которого соединен с коллектором первого 4 выходного транзистора, выход - подключен к коллектору второго 5 выходного транзистора и входу 8 буферного усилителя 9, содержащего входной 10 транзистор, причем тип проводимости входного 10 транзистора буферного усилителя 9 идентичен типу проводимости первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, эмиттер первого 4 выходного транзистора связан с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада, а эмиттер второго 5 выходного транзистора соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1. В схему введено второе токовое зеркало 16, вход которого связан с базами первого 4 и второго 5 выходных транзисторов, выход - подключен к эмиттеру второго 5 выходного транзистора, а общий узел - связан со вспомогательным источником напряжения питания 6.The cascode differential amplifier of FIG. 2 comprises an input
В частном случае буферный усилитель 9 в схеме фиг.2 содержит токостабилизирующий двухполюсник 12, а входной параллельно-балансный каскад 1 реализован на транзисторах 13, 14 и двухполюснике 15.In a particular case, the
Токовые зеркала 11 на фиг.3 и 4 выполнены на элементах 16, 17, 18 и 19.
В схеме фиг.5 входной параллельно-балансный каскад 1 реализован на транзисторах 20 и 21, а также двухполюсниках 22, 23 и 24, а в буферный усилитель 9 введена цепь согласования потенциалов 25.In the circuit of FIG. 5, the input parallel-
В схеме фиг.6 введен транзистор терморадиационной компенсации 26, имеющий (так же как и транзистор 17 токового зеркала 11) р-n переход на подложку 27, идентичный р-n переходу 28 транзистора 17.In the circuit of FIG. 6, a
Рассмотрим факторы, определяющие систематическую составляющую напряжения смещения нуля UCM в схеме фиг.2, т.е. зависящие от схемотехники ДУ.Consider the factors that determine the systematic component of the bias voltage zero CM U in the circuit of figure 2, i.e. depending on the circuitry of the remote control.
Если ток двухполюсника 15 равен величине 2I0, то токи выходов 2 и 3, входной (Iвх.7) и выходной (IВых.7) токи подсхемы 7:If the current 15 is equal to the two-terminal 2I 0, the output currents of 2 and 3, the input (I .7 Rin) and output (I Vyh.7) currents subcircuit 7:
где Iб.р=Iэ.i/βi - ток базы n-p-n транзисторов 4, 5, 13, 14, 10 при эмиттерном токе Iэ.i=I0;where I bp = I e.i / β i is the base current of
βi - коэффициент усиления по току базы n-p-n транзистора.β i is the current gain of the base npn of the transistor.
Как следствие, разность токов в узле «А» при его коротком замыкании на эквипотенциальную общую шинуAs a result, the current difference in the node "A" when it is shorted to the equipotential common bus
где IБУ=2Iб.р - ток базы n-p-n транзистора 10 буферного усилителя 9. Подставляя (3)÷(6) в (7) находим, что разностный ток, определяющий Uсм,where I = 2I BU BR -
Как следствие, при Iр=0 не требуется смещения нуля ДУ1 фиг.2 на величину Uсм, подача которого на его входы Вх.(+)1, Вх.(-)2 компенсирует разностный ток Iр в узле «А».As a result, when I p = 0, zero offset DN1 of FIG. 2 is not required by U cm , the supply of which to its inputs Bx. (+) 1, In. (-) 2 compensates for the differential current I p in the node "A".
Таким образом, в заявляемом устройстве уменьшается систематическая составляющая Uсм, обусловленная конечной величиной β транзисторов и его радиационной (или температурной) зависимостью. Как следствие, это уменьшает Uсм, так как разностный ток Iр в узле «А» создает Uсм, зависящее от крутизны преобразования входного дифференциального напряжения Uвх ДУ в выходной ток узла «А»:Thus, in the inventive device, the systematic component U cm decreases due to the final value of β transistors and its radiation (or temperature) dependence. As a result, this reduces U cm , since the differential current I p in the node “A” creates U cm , which depends on the steepness of the conversion of the input differential voltage U in the remote control into the output current of the node “A”:
где rэ14=rэ13 - сопротивления эмиттерных переходов входныхwhere r e14 = r e13 - resistance of the input emitter transitions
транзисторов 14 и 13 дифференциального каскада 1.
Поэтому для схемы фиг.2Therefore, for the circuit of FIG. 2
где φт=26 мВ - температурный потенциал.where φ t = 26 mV is the temperature potential.
В ДУ-прототипе фиг.1 Iр≠0, поэтому здесь систематическая составляющая Uсм.1 получается на порядок больше (UCM.1=-1,17 мВ), чем в заявляемой схеме (UCM.1 = 43 мкВ, (фиг.8)).In the remote control prototype of FIG. 1, I p ≠ 0, therefore, here the systematic component U cm. 1 is an order of magnitude larger (U CM.1 = -1.17 mV) than in the claimed circuit (U CM.1 = 43 μV, (Fig. 8)).
Компьютерное моделирование схем фиг.3 подтверждает (фиг.4) данные теоретические выводы.Computer simulation of the schemes of figure 3 confirms (figure 4) these theoretical conclusions.
Если необходимо обеспечить симметрию амплитуд положительных и отрицательных полуволн выходного напряжения ДУ фиг.7, то следует ввести вторую цепь смещения потенциалов V4.If it is necessary to ensure the symmetry of the amplitudes of the positive and negative half-waves of the output voltage of the remote control of Fig. 7, then a second potential bias circuit V4 should be introduced.
Для минимизации Uсм.1 при повышенных температурах (t°>80°C) в схеме фиг.6 предусмотрен транзистор 26, который находится в закрытом состоянии. Однако ток через его р-n переход на подложку 27, который существенно возрастает на высоких температурах (или при радиационных воздействиях), компенсирует соответствующий ток на подложку через р-n переход 28 транзистора 17. Это существенно уменьшает производную dUсм/dT при t°>80°C.To minimize U see 1 at elevated temperatures (t °> 80 ° C) in the circuit of Fig.6 provides a
Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными преимуществами в сравнении с прототипом по величине статической ошибки усиления сигналов постоянного тока.Thus, the claimed device has significant advantages in comparison with the prototype in terms of the value of the static error of amplification of DC signals.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №6.114.234.1. US patent No. 6.114.234.
2. Патент США №5.091.701, fig.1.2. US Patent No. 5.091.701, fig. 1.
3. Патент США №5.140.280.3. US Patent No. 5.140.280.
4. Патент США №5.786.729.4. US Patent No. 5,786.729.
5. Патент США №6.448.853.5. US patent No. 6.448.853.
6. Патент США №4.390.850.6. US Patent No. 4,390.850.
7. Патент США №5.327.100 fig.2.7. US Patent No. 5,327,100 fig. 2.
8. Патент США №6.4383.382 fig.2, fig.1.8. US patent No. 6.4383.382 fig.2, fig.1.
9. Патент США №5.374.897.9. US patent No. 5.374.897.
10. Патент США №6.529.076.10. US Patent No. 6.529.076.
11. Патент США №5.627.495 fig.2.11. US Patent No. 5,627,495 fig. 2.
12. Патент Франции №2.227.574 fig.1, fig.3с, fig.4а.12. French patent No. 2.227.574 fig. 1, fig. 3c, fig. 4a.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009119631/09A RU2402152C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009119631/09A RU2402152C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2402152C1 true RU2402152C1 (en) | 2010-10-20 |
Family
ID=44024075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009119631/09A RU2402152C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2402152C1 (en) |
-
2009
- 2009-05-25 RU RU2009119631/09A patent/RU2402152C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2402152C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2416152C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2412530C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2416149C1 (en) | Differential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2411634C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2414808C1 (en) | Operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2455757C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2402155C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2416151C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2419198C1 (en) | Precision operating amplifier | |
RU2402870C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2408975C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2402156C1 (en) | Differential operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2416150C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2416145C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2402154C1 (en) | Differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411642C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2402871C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2401507C1 (en) | Buffer amplifier with low zero-shift voltage | |
RU2444119C1 (en) | Precision operational amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130526 |