RU2736549C1 - Differential amplifier of class ab on complementary field-effect transistors with control p-n junction - Google Patents

Differential amplifier of class ab on complementary field-effect transistors with control p-n junction Download PDF

Info

Publication number
RU2736549C1
RU2736549C1 RU2020118901A RU2020118901A RU2736549C1 RU 2736549 C1 RU2736549 C1 RU 2736549C1 RU 2020118901 A RU2020118901 A RU 2020118901A RU 2020118901 A RU2020118901 A RU 2020118901A RU 2736549 C1 RU2736549 C1 RU 2736549C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input field
source
input
gate
power supply
Prior art date
Application number
RU2020118901A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Николаевич Третьяк
Алексей Андреевич Жук
Илья Викторович Пахомов
Петр Сергеевич Будяков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)
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 образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)
Priority to RU2020118901A priority Critical patent/RU2736549C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2736549C1 publication Critical patent/RU2736549C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communication.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and communication and can be used as analogue signal amplification device, in structure of analogue microchips of various functional purpose, for example, operational amplifiers (OA), comparators, etc., including those operating at low temperatures and exposure to radiation. Differential amplifier of class AB on complementary field transistors with control p-n junction includes first (1) and second (2) inputs, which form differential input of device, first (3) input field-effect transistor, gate of which is connected to first (1) input of device, and drain is connected to first (4) current output of device, matched with first (5) power supply bus, second (6) input field-effect transistor, gate of which is connected to second (2) input of device, and drain is connected to second (7) current output of device, matched with first (5) power supply bus, third (8) input field-effect transistor, drain of which is connected to third (9) current output of device, matched with second (10) power supply bus, fourth (11) input field transistor, drain of which is connected to fourth (12) current output of device, matched with second (10) bus of power supply source, first (13) and second (14) sources of reference current. Circuit includes first (15) and second (16) matching transistors, the gate of first (15) matching transistor is connected to first (1) input of the device, its drain is connected to first (5) power supply bus, and the source is connected to second (10) power supply bus through first (13) reference current source and connected to fourth (11) input field transistor gate, gate of second (16) matching transistor is connected to second (2) input of the device, its drain is connected to first (5) power supply bus, and the source is connected to second (10) power supply bus through second (14) reference current source and is connected to the gate of third (8) input field-effect transistor, wherein gate of third (8) input field transistor is connected to source of first (3) input field transistor, and fourth (11) input field transistor source is connected to second (6) input field transistor source.
EFFECT: wider range of active operation of DA - increasing its voltage of limiting flow characteristics (Ugr) in cryogenic temperatures and exposure to penetrating radiation.
3 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, например, операционных усилителях (ОУ), компараторах и т.п., в т.ч. работающих при низких температурах и воздействии радиации [1].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, operational amplifiers (OA), comparators, etc., incl. working at low temperatures and exposure to radiation [1].

Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ) на комплементарных транзисторах [2-28], в т.ч. на комплементарных КМОП полевых транзисторах [3-28] и комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом (JFet) [2], которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем. В литературе по аналоговой микроэлектронике этот класс ДУ имеет специальное обозначение – dual-input-stage [29].Known schemes of classical differential amplifiers (DU) on complementary transistors [2-28], incl. on complementary CMOS field-effect transistors [3-28] and complementary field-effect transistors with a control pn junction (JFet) [2], which became the basis of many serial analog microcircuits. In the literature on analog microelectronics, this class of DU has a special designation - dual-input-stage [29].

Для работы при низких температурах при жестких ограничениях на уровень шумов перспективно использование JFet полевых транзисторов с управляющим p-n переходом [30-32]. ДУ данного класса активно применяются в структуре малошумящих аналоговых интерфейсов для обработки сигналов датчиков [33-35].For operation at low temperatures with severe restrictions on the noise level, it is promising to use JFet field-effect transistors with a control pn junction [30-32]. Remote controllers of this class are actively used in the structure of low-noise analog interfaces for processing sensor signals [33-35].

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в патентной заявке US 2006/01255222, 2006г., который содержит первый 1 и второй 2 входы, образующие дифференциальный вход устройства, первый 3 входной полевой транзистор, затвор которого соединен с первым 1 входом устройства, а сток подключен к первому 4 токовому выходу устройства, согласованному с первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной полевой транзистор, затвор которого подключен ко второму 2 входу устройства, а сток связан со вторым 7 токовым выходом устройства, согласованным с первой 5 шиной источника питания, третий 8 входной полевой транзистор, сток которого соединен с третьим 9 токовым выходом устройства, согласованным со второй 10 шиной источника питания, четвертый 11 входной полевой транзистор, сток которого соединен с четвертым 12 токовым выходом устройства, согласованным со второй 10 шиной источника питания, первый 13 и второй 14 источники опорного тока. The closest prototype (Fig. 1) of the claimed device is a differential amplifier described in patent application US 2006/01255222, 2006, which contains the first 1 and second 2 inputs, forming the differential input of the device, the first 3 input field-effect transistor, the gate of which is connected to the first 1 by the input of the device, and the drain is connected to the first 4 current output of the device, matched with the first 5 bus of the power source, the second 6 is an input field-effect transistor, the gate of which is connected to the second 2 input of the device, and the drain is connected to the second 7 current output of the device, matched with the first 5 by the power supply bus, the third 8 is an input field-effect transistor, the drain of which is connected to the third 9 current output of the device, matched with the second 10 bus of the power supply, the fourth 11 is an input field-effect transistor, the drain of which is connected to the fourth 12 current output of the device, matched to the second 10 bus power supply, the first 13 and the second 14 reference current sources.

Существенный недостаток известного ДУ, архитектура которого представлена на чертеже фиг.1, состоит в том, что он имеет малое значения напряжения ограничения проходной характеристики Uгр. Это значительно сужает области его практического применения, не позволяет обеспечить повышенное быстродействие в режиме большого сигнала, например операционных усилителей [36,37], для которых максимальная скорость нарастания выходного напряжения (SR) в режиме большого сигнала определяется формулой:A significant drawback of the known DU, the architecture of which is shown in the drawing of figure 1, is that it has a low voltage value limiting the transmission characteristic U gr . This significantly narrows the area of its practical application, does not allow for increased performance in the large signal mode, for example, operational amplifiers [36, 37], for which the maximum slew rate (SR) in the large signal mode is determined by the formula:

SR≈2πf1Uгр, (1)SR≈2πf 1 U gr , (1)

где f1 – частота единичного усиления скорректированного ОУ,where f 1 is the unity gain frequency of the corrected op amp,

Uгр – напряжение ограничения проходной характеристики входного каскада ОУ с классической архитектурой [36, 37].U gr - voltage limiting the transmission characteristics of the input stage of an op-amp with a classical architecture [36, 37].

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в расширении диапазона активной работы ДУ – увеличении его напряжения ограничения проходной характеристики (Uгр) в условиях криогенных температур и воздействии проникающей радиации.The main objective of the proposed invention is to expand the range of active operation of the PS - to increase its voltage limiting the flow characteristic (U gr ) under cryogenic temperatures and exposure to penetrating radiation.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг. 1, содержащем первый 1 и второй 2 входы, образующие дифференциальный вход устройства, первый 3 входной полевой транзистор, затвор которого соединен с первым 1 входом устройства, а сток подключен к первому 4 токовому выходу устройства, согласованному с первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной полевой транзистор, затвор которого подключен ко второму 2 входу устройства, а сток связан со вторым 7 токовым выходом устройства, согласованным с первой 5 шиной источника питания, третий 8 входной полевой транзистор, сток которого соединен с третьим 9 токовым выходом устройства, согласованным со второй 10 шиной источника питания, четвертый 11 входной полевой транзистор, сток которого соединен с четвертым 12 токовым выходом устройства, согласованным со второй 10 шиной источника питания, первый 13 и второй 14 источники опорного тока, предусмотрены новые элементы и связи – в схему введены первый 15 и второй 16 согласующие транзисторы, затвор первого 15 согласующего транзистора соединен с первым 1 входом устройства, его сток подключен к первой 5 шине источника питания, а исток связан со второй 10 шиной источника питания через первый 13 источник опорного тока и соединен с затвором четвертого 11 входного полевого транзистора, затвор второго 16 согласующего транзистора соединен со вторым 2 входом устройства, его сток подключен к первой 5 шине источника питания, а исток связан со второй 10 шиной источника питания через второй 14 источника опорного тока и соединен с затвором третьего 8 входного полевого транзистора, причем затвор третьего 8 входного полевого транзистора связан с истоком первого 3 входного полевого транзистора, а исток четвертого 11 входного полевого транзистора связан истоком второго 6 входного полевого транзистора.The solution to this problem is achieved by the fact that in the differential amplifier of FIG. 1, containing the first 1 and second 2 inputs, forming the differential input of the device, the first 3 input field-effect transistor, the gate of which is connected to the first 1 input of the device, and the drain is connected to the first 4 current output of the device, matched with the first 5 bus of the power supply, the second 6 input field-effect transistor, the gate of which is connected to the second 2 input of the device, and the drain is connected to the second 7 current output of the device, matched with the first 5 bus of the power supply, the third 8 is the input field-effect transistor, the drain of which is connected to the third 9 current output of the device, matched with the second 10 by the power supply bus, the fourth 11 input field-effect transistor, the drain of which is connected to the fourth 12 current output of the device, matched with the second 10 power supply bus, the first 13 and the second 14 reference current sources, new elements and connections are provided - the first 15 and second 16 matching transistors are introduced into the circuit, the gate of the first 15 matching transistor is connected to the first 1 input of the device, its drain is connected to the first 5 power supply bus, and the source is connected to the second 10 power supply bus through the first 13 reference current source and is connected with the gate of the fourth 11 input field-effect transistor, the gate of the second 16 matching transistor is connected to the second 2 input of the device, its drain is connected to the first 5 bus of the power supply, and the source is connected to the second 10 bus of the power supply through the second 14 of the reference current source and is connected to the gate of the third 8 input field-effect transistor, and the gate of the third 8 input field-effect transistor is connected to the source of the first 3 input field-effect transistor, and the source of the fourth 11 input field-effect transistor is connected to the source of the second 6 input field-effect transistor.

На чертеже фиг. 1 представлена схема ДУ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 – схема заявляемого дифференциального усилителя в соответствии с п.1 и п. 2 формулы изобретения.In the drawing, FIG. 1 shows a diagram of the prototype control device, and in the drawing of FIG. 2 is a diagram of the inventive differential amplifier in accordance with claims 1 and 2 of the claims.

На чертеже фиг. 3 показана заявляемая схема дифференциального усилителя в соответствии с п. 3 формулы изобретения.In the drawing, FIG. 3 shows the claimed circuit of a differential amplifier in accordance with claim 3 of the claims.

На чертеже фиг.4 приведена схема для моделирования ДУ фиг.3 при t=270C, I1=I2=40 мкА, R5=R6=1 кОм, R1=100 кОм в среде LTspice на моделях JFet транзисторов ОАО «Интеграл» (г. Минск).The drawing Fig. 4 shows a diagram for modeling the DU Fig. 3 at t = 27 0 C, I 1 = I 2 = 40 μA, R5 = R6 = 1 kOhm, R1 = 100 kOhm in the LTspice environment on JFet transistors of JSC Integral "(Minsk).

На чертеже фиг.5 представлена проходная характеристика ДУ фиг.4 при t=270C, I1=I2=40 мкА, R5=R6=1 кОм, R1=100 кОм.The drawing figure 5 shows the transmission characteristic of the DU figure 4 at t = 27 0 C, I 1 = I 2 = 40 μA, R5 = R6 = 1 kΩ, R1 = 100 kΩ.

На чертеже фиг.6 показана проходная характеристика ДУ фиг.4 при t=270C, I1=I2=40 мкА, R5=R6=1 кОм, R1=50 кОм.The drawing Fig. 6 shows the transmission characteristic of the DU Fig. 4 at t = 27 0 C, I 1 = I 2 = 40 μA, R5 = R6 = 1 kΩ, R1 = 50 kΩ.

На чертеже фиг.7 приведена проходная характеристика ДУ фиг.4 при t=270C, I1=I2=40 мкА, R5=R6=1 кОм, R1=10 кОм.The drawing Fig. 7 shows the pass characteristic of the DU Fig. 4 at t = 27 0 C, I 1 = I 2 = 40 μA, R5 = R6 = 1 kΩ, R1 = 10 kΩ.

На чертеже фиг.8 представлена схема для моделирования ДУ фиг.3 при t=-1970C, I1=I2=40 мкА, R6=R7=1 кОм, R1=100 кОм в среде LTspice на моделях JFet транзисторов ОАО «Интеграл» (г. Минск).The drawing Fig. 8 shows a diagram for modeling the DU Fig. 3 at t = -197 0 C, I 1 = I 2 = 40 μA, R6 = R7 = 1 kΩ, R1 = 100 kΩ in the LTspice environment on JFet models of transistors of JSC Integral "(Minsk).

На чертеже фиг.9 показана проходная характеристика ДУ фиг.8 при t=-1970C, I1=I2=40 мкА, R5=R6=1 кОм, R1=100 кОм.The drawing Fig. 9 shows the transmission characteristic of the DU Fig. 8 at t = -197 0 C, I 1 = I 2 = 40 μA, R5 = R6 = 1 kΩ, R1 = 100 kΩ.

На чертеже фиг.10 приведена проходная характеристика ДУ фиг.8 при t=-1970C, I1=I2=40 мкА, R5=R6=1 кОм, R1=50 кОм.In the drawing, Fig. 10 shows the pass characteristic of the DU Fig. 8 at t = -197 0 C, I 1 = I 2 = 40 μA, R5 = R6 = 1 kΩ, R1 = 50 kΩ.

На чертеже фиг.11 представлена проходная характеристика ДУ фиг.8 при t=-1970C, I1=I2=40 мкА, R5=R6=1 кОм, R1=10 кОм.The drawing Fig. 11 shows the transmission characteristic of the DU Fig. 8 at t = -197 0 C, I 1 = I 2 = 40 μA, R5 = R6 = 1 kΩ, R1 = 10 kΩ.

Дифференциальный усилитель класса АВ на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 входы, образующие дифференциальный вход устройства, первый 3 входной полевой транзистор, затвор которого соединен с первым 1 входом устройства, а сток подключен к первому 4 токовому выходу устройства, согласованному с первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной полевой транзистор, затвор которого подключен ко второму 2 входу устройства, а сток связан со вторым 7 токовым выходом устройства, согласованным с первой 5 шиной источника питания, третий 8 входной полевой транзистор, сток которого соединен с третьим 9 токовым выходом устройства, согласованным со второй 10 шиной источника питания, четвертый 11 входной полевой транзистор, сток которого соединен с четвертым 12 токовым выходом устройства, согласованным со второй 10 шиной источника питания, первый 13 и второй 14 источники опорного тока. В схему введены первый 15 и второй 16 согласующие транзисторы, затвор первого 15 согласующего транзистора соединен с первым 1 входом устройства, его сток подключен к первой 5 шине источника питания, а исток связан со второй 10 шиной источника питания через первый 13 источник опорного тока и соединен с затвором четвертого 11 входного полевого транзистора, затвор второго 16 согласующего транзистора соединен со вторым 2 входом устройства, его сток подключен к первой 5 шине источника питания, а исток связан со второй 10 шиной источника питания через второй 14 источника опорного тока и соединен с затвором третьего 8 входного полевого транзистора, причем затвор третьего 8 входного полевого транзистора связан с истоком первого 3 входного полевого транзистора, а исток четвертого 11 входного полевого транзистора связан истоком второго 6 входного полевого транзистора.Differential amplifier class AB on complementary field-effect transistors with a control pn junction FIG. 2 contains the first 1 and second 2 inputs that form the differential input of the device, the first 3 input field-effect transistor, the gate of which is connected to the first 1 input of the device, and the drain is connected to the first 4 current output of the device, matched with the first 5 bus of the power supply, the second 6 is the input field-effect transistor, the gate of which is connected to the second 2 input of the device, and the drain is connected to the second 7 current output of the device, matched with the first 5 bus of the power supply, the third 8 is an input field-effect transistor, the drain of which is connected to the third 9 current output of the device, matched with the second 10 the power supply bus, the fourth 11 input field-effect transistor, the drain of which is connected to the fourth 12 current output of the device, matched with the second 10 power supply bus, the first 13 and the second 14 reference current sources. The first 15 and second 16 matching transistors are introduced into the circuit, the gate of the first 15 matching transistor is connected to the first 1 input of the device, its drain is connected to the first 5 power supply bus, and the source is connected to the second 10 power supply bus through the first 13 reference current source and is connected with the gate of the fourth 11 input field-effect transistor, the gate of the second 16 matching transistor is connected to the second 2 input of the device, its drain is connected to the first 5 bus of the power supply, and the source is connected to the second 10 bus of the power supply through the second 14 of the reference current source and is connected to the gate of the third 8 input field-effect transistor, and the gate of the third 8 input field-effect transistor is connected to the source of the first 3 input field-effect transistor, and the source of the fourth 11 input field-effect transistor is connected to the source of the second 6 input field-effect transistor.

Кроме этого, на чертеже фиг. 2 двухполюсники 17, 18, 19 и 20 моделируют свойства нагрузки ДУ. В практических схемах в качестве данных элементов нагрузки могут использоваться входы токовых зеркал, которые вместе с ДУ фиг. 2 образуют то или иное аналоговое устройство, например, операционный усилитель.In addition, in FIG. 2 two-terminal networks 17, 18, 19 and 20 simulate the load properties of the DU. In practical circuits, the inputs of the current mirrors can be used as these load elements, which, together with the remote control in FIG. 2 form one or another analog device, for example, an operational amplifier.

На чертеже фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения между истоками первого 15 и второго 16 согласующих транзисторов включен первый 21 дополнительный резистор.In the drawing, FIG. 2, in accordance with claim 2 of the claims, a first 21 additional resistor is connected between the sources of the first 15 and second 16 matching transistors.

На чертеже фиг. 3, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, исток третьего 8 входного полевого транзистора связан с истоком первого 3 входного полевого транзистора через второй 22 дополнительный резистор, а исток четвертого 11 входного полевого транзистора связан с истоком второго 6 входного полевого транзистора через третий 23 дополнительный резистор.In the drawing, FIG. 3, in accordance with claim 3 of the claims, the source of the third 8 input field-effect transistor is connected to the source of the first 3 input field-effect transistor through the second 22 additional resistor, and the source of the fourth 11 input field-effect transistor is connected to the source of the second 6 input field-effect transistor through the third 23 additional resistor.

Рассмотрим работу ДУ фиг. 3.Consider the operation of the DU of FIG. 3.

В статическом режиме рабочие токи стоков полевых транзисторов схемы фиг. 2 (при нулевом входном дифференциальном напряжении uвх=uc1-uc2 и сопротивлении первого 21 дополнительного резистора R21=∞) определяются следующими уравнениями:In the static mode, the operating currents of the drains of the field-effect transistors of the circuit of FIG. 2 (with zero differential input voltage u in = u c1 -u c2 and the resistance of the first 21 additional resistor R 21 = ∞) are determined by the following equations:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

I c 15 =I 13 , I c 16 =I 14 , (4) I c 15 = I 13 , I c 16 = I 14 , (4)

где R23, R23 – сопротивления второго 22 и третьего 23 дополнительных резисторов;where R 23 , R 23 are the resistances of the second 22 and third 23 additional resistors;

Iвых.i – выходной статический ток i-го токового выхода ДУ (i=1,2,3,4);I out.i - output static current of the i-th current output of the remote control (i = 1,2,3,4);

IR24, IR23 – токи второго 22 и третьего 23 дополнительных резисторов;I R24 , I R23 - currents of the second 22 and third 23 additional resistors;

Uзи.i - напряжение затвор-исток i-го полевого транзистора;U zi.i - gate-source voltage of the i-th field-effect transistor;

I13, I14 – токи первого 13 и второго 14 источников опорного тока.I13, I14 - currents of the first 13 and second 14 reference current sources.

Таким образом, за счет выбора сопротивлений второго 22 и третьего 23 дополнительных резисторов, а токов I13, I14 в схеме фиг. 4 устанавливаются заданные значения статических выходных токов ДУ. Так, например при R22=R23=10 кОм и I13=I14=40 мкА выходные токи ДУ, протекающие в элементах нагрузки R2÷R5, принимают значения порядка 500 мкА при t=27°C.Thus, by choosing the resistances of the second 22 and third 23 additional resistors, and the currents I 13 , I 14 in the circuit of FIG. 4 sets the preset values of the static output currents of the remote control. So, for example, when R 22 = R 23 = 10 kΩ and I 13 = I 14 = 40 μA, the output currents of the control system flowing in the load elements R 2 ÷ R 5 take values of the order of 500 μA at t = 27 ° C.

Если напряжение на входе ДУ фиг. 3 получает небольшое положительное приращение относительно напряжения на входе 2 (uвх=uc1-uc2), то это вызывает увеличение токов стока первого 3 и третьего 8 входных полевых транзисторов. При этом токи стока второго 6 и четвертого 11 входных полевых транзисторов уменьшаются, а на проходной характеристике ДУ Iвых.i=f(uвх) формируются начальные участки (фиг. 5 - фиг. 6), крутизна которых зависит от крутизны стоко-затворных характеристик применяемых полевых транзисторов.If the voltage at the input of the remote control of FIG. 3 receives a small positive increment relative to the voltage at input 2 (u in = u c1 -u c2 ), this causes an increase in the drain currents of the first 3 and third 8 input field-effect transistors. In this case, the drain currents of the second 6 and fourth 11 input field-effect transistors decrease, and on the pass characteristic of the DU I out.i = f (u in ), the initial sections are formed (Fig. 5 - Fig. 6), the slope of which depends on the slope of the drain-gate characteristics of the applied field-effect transistors.

Дальнейшее увеличение uвх приводит к полному запиранию второго 6 и четвертого 11 входных полевых транзисторов, которые теперь можно исключить из рассмотрения работы ДУ. При этом выходные токи Iвых.1÷ Iвых.4 ДУ фиг. 3, в отличие от ДУ-прототипа фиг. 1, не ограничиваются и получают дополнительное приращение относительно статического уровня:A further increase in u in leads to complete blocking of the second 6 and fourth 11 input field-effect transistors, which can now be excluded from consideration of the operation of the DU. In this case, the output currents I out 1 ÷ I out 4 of the DU Fig. 3, in contrast to the remote control prototype of FIG. 1 are not limited and receive an additional increment relative to the static level:

Figure 00000003
Figure 00000003

где S3, S8 - крутизна стоко-затворной характеристики первого 3 и третьего 8 входных полевых транзисторов.where S 3 , S 8 - the slope of the drain-gate characteristics of the first 3 and third 8 input field-effect transistors.

Как следствие, на проходных характеристиках ДУ (фиг. 5 - фиг. 7) формируется второй пропорциональный uвх участок, крутизна которого определяется сопротивлением резистора R22 (5).As a consequence, on the transmission characteristics of the DU (Fig. 5 - Fig. 7), a second section proportional to u in is formed , the slope of which is determined by the resistance of the resistor R 22 (5).

Таким образом, схема ДУ фиг. 2, в отличие от ДУ–прототипа фиг. 1, работает в режиме класса АВ, когда максимальные выходные токи Iвых.max значительно превышают выходные токи ДУ в статическим режиме, а напряжение ограничения проходной характеристики (Uгр) близко к напряжению питания. Увеличение Uгр и Iвых.max, несмотря на нелинейность проходной характеристики [36,37], позволяет повысить SR операционных усилителей на основе заявляемого ДУ.Thus, the remote control circuit of FIG. 2, in contrast to the DU prototype of FIG. 1, operates in class AB mode, when the maximum output currents I out.max significantly exceed the output currents of the remote control in static mode, and the limiting voltage of the throughput characteristic (U gr ) is close to the supply voltage. An increase in U gr and I out.max , in spite of the nonlinearity of the transmission characteristics [ 36 , 37 ], makes it possible to increase the SR of operational amplifiers on the basis of the claimed DU.

В соответствии с п. 3 формулы изобретения в ДУ фиг. 3 вводится первый 21 дополнительный резистор, с помощью которого можно принять численные значения напряжения ограничения Uгр. Действительно (фиг. 5), при R21=100 кОм Uгр близко к напряжению питания: Uгр =4,25÷4.75 В. Если выбрать R21=10 кОм, то, как следует из графиков фиг. 11, Uгр уменьшается почти в 10 раз. Таким образом, в заявляемой схеме за счет выбора сопротивления резистора 21 можно изменять численные значения Uгр.In accordance with claim 3 of the claims in the DU FIG. 3, the first 21 additional resistor is introduced, with which it is possible to take the numerical values of the limiting voltage U gr . Indeed (Fig. 5), with R 21 = 100 kOhm, U gr is close to the supply voltage: U gr = 4.25 ÷ 4.75 V. If we choose R 21 = 10 kOhm, then, as follows from the graphs in Fig. 11, U gr decreases almost 10 times. Thus, in the claimed circuit, by choosing the resistance of the resistor 21, you can change the numerical values of U gr .

Результаты компьютерного моделирования ДУ фиг. 8 показывают, что криогенные температуры (фиг. 9, фиг. 11) оказывают некоторое влияние на проходные характеристики ДУ. Однако, за счет использования JFET транзисторов эти изменения вполне допустимы для многих применений.The results of computer simulation of the DU Fig. 8 show that cryogenic temperatures (Fig. 9, Fig. 11) have some effect on the flow characteristics of the PS. However, due to the use of JFET transistors, these changes are quite acceptable for many applications.

Существенная особенность предлагаемого ДУ состоит в том, что он фактически работает в режиме класса AB (фиг. 5). Действительно, при нулевом входном сигнале выходные статические токи ДУ в 5 раз меньше, чем максимальные выходные токи при большом входном сигнале. Это позволяет получить в ОУ на основе предлагаемого ДУ более высокие (в 5 раз) значения максимальной скорости нарастания выходного напряжения [36,37].An essential feature of the proposed remote control is that it actually operates in the AB class mode (Fig. 5). Indeed, with a zero input signal, the output static currents of the control system are 5 times less than the maximum output currents with a large input signal. This makes it possible to obtain in the OA on the basis of the proposed DU higher (5 times) values of the maximum slew rate of the output voltage [36, 37].

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с известными схемотехническими решениями ДУ класса dual-input-stage [2-28], что позволяет рекомендовать его для практического использования в различных ОУ и построения низкотемпературных и радиационно-стойких аналоговых микросхем по техпроцессу CJFet ОАО «Интеграл» (г. Минск), а также комплементарному биполярно-полевому технологическому процессу АО «НПП «Пульсар» (г. Москва).Thus, the claimed device has significant advantages in comparison with the known circuitry solutions of the dual-input-stage class control system [2-28], which makes it possible to recommend it for practical use in various OS and the construction of low-temperature and radiation-resistant analog microcircuits according to the CJFet OJSC process. "Integral" (Minsk), as well as complementary bipolar-field technological process of JSC "NPP" Pulsar "(Moscow).

Библиографический списокBibliographic list

1. O. V. Dvornikov, V. L. Dziatlau, N. N. Prokopenko, K. O. Petrosiants, N. V. Kozhukhov and V. A. Tchekhovski, "The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors," 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Astana, 2017, pp. 1-6. DOI: 10.1109/SIBCON.2017.79985071. OV Dvornikov, VL Dziatlau, NN Prokopenko, KO Petrosiants, NV Kozhukhov and VA Tchekhovski, "The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors," 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Astana, 2017, pp. 1-6. DOI: 10.1109 / SIBCON.2017.7998507

1. Патент US 5.291.149 fig. 4, 1994 г.1. Patent US 5.291.149 fig. 4, 1994

1. Патент US 4.377.789, fig. 1, 1983 г.1. Patent US 4.377.789, fig. 1, 1983

1. Патентная заявка US 2006/0125522, 2006 г.1. Patent application US 2006/0125522, 2006

2. Патент US 7.907.011, 20112. Patent US 7.907.011, 2011

3. US 2008/0024217, fig. 1, 2008 г.3.US 2008/0024217, fig. 1, 2008

4. Патент EP 0318263,1989 г.4. Patent EP 0318263.1989

Claims (3)

1. Дифференциальный усилитель класса АВ на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом, содержащий первый (1) и второй (2) входы, образующие дифференциальный вход устройства, первый (3) входной полевой транзистор, затвор которого соединен с первым (1) входом устройства, а сток подключен к первому (4) токовому выходу устройства, согласованному с первой (5) шиной источника питания, второй (6) входной полевой транзистор, затвор которого подключен ко второму (2) входу устройства, а сток связан со вторым (7) токовым выходом устройства, согласованным с первой (5) шиной источника питания, третий (8) входной полевой транзистор, сток которого соединен с третьим (9) токовым выходом устройства, согласованным со второй (10) шиной источника питания, четвертый (11) входной полевой транзистор, сток которого соединен с четвертым (12) токовым выходом устройства, согласованным со второй (10) шиной источника питания, первый (13) и второй (14) источники опорного тока, отличающийся тем, что в схему введены первый (15) и второй (16) согласующие транзисторы, затвор первого (15) согласующего транзистора соединен с первым (1) входом устройства, его сток подключен к первой (5) шине источника питания, а исток связан со второй (10) шиной источника питания через первый (13) источник опорного тока и соединен с затвором четвертого (11) входного полевого транзистора, затвор второго (16) согласующего транзистора соединен со вторым (2) входом устройства, его сток подключен к первой (5) шине источника питания, а исток связан со второй (10) шиной источника питания через второй (14) источника опорного тока и соединен с затвором третьего (8) входного полевого транзистора, причем затвор третьего (8) входного полевого транзистора связан с истоком первого (3) входного полевого транзистора, а исток четвертого (11) входного полевого транзистора связан с истоком второго (6) входного полевого транзистора.1. Differential amplifier class AB on complementary field-effect transistors with a control pn junction, containing the first (1) and second (2) inputs forming the differential input of the device, the first (3) input field-effect transistor, the gate of which is connected to the first (1) input of the device , and the drain is connected to the first (4) current output of the device, matched with the first (5) bus of the power source, the second (6) input field-effect transistor, the gate of which is connected to the second (2) input of the device, and the drain is connected to the second (7) the current output of the device, matched with the first (5) bus of the power supply, the third (8) input field-effect transistor, the drain of which is connected to the third (9) current output of the device, matched with the second (10) bus of the power supply, the fourth (11) input field-effect a transistor, the drain of which is connected to the fourth (12) current output of the device, matched to the second (10) bus of the power source, the first (13) and second (14) reference current sources, characterized in that that the first (15) and second (16) matching transistors are introduced into the circuit, the gate of the first (15) matching transistor is connected to the first (1) input of the device, its drain is connected to the first (5) bus of the power source, and the source is connected to the second (10) a power supply bus through the first (13) reference current source and connected to the gate of the fourth (11) input field-effect transistor, the gate of the second (16) matching transistor is connected to the second (2) input of the device, its drain is connected to the first (5) the power supply bus, and the source is connected to the second (10) power supply bus through the second (14) reference current source and connected to the gate of the third (8) input field-effect transistor, and the gate of the third (8) input field-effect transistor is connected to the source of the first (3 ) of the input field-effect transistor, and the source of the fourth (11) input field-effect transistor is connected to the source of the second (6) input field-effect transistor. 2. Дифференциальный усилитель класса АВ на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом по п. 1, отличающийся тем, что между истоками первого (15) и второго (16) согласующих транзисторов включен первый (21) дополнительный резистор.2. Differential amplifier class AB on complementary field-effect transistors with a control pn junction according to claim 1, characterized in that the first (21) additional resistor is connected between the sources of the first (15) and second (16) matching transistors. 3. Дифференциальный усилитель класса АВ на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом по п. 1, отличающийся тем, что исток третьего (8) входного полевого транзистора связан с истоком первого (3) входного полевого транзистора через второй (22) дополнительный резистор, а исток четвертого (11) входного полевого транзистора связан с истоком второго (6) входного полевого транзистора через третий (23) дополнительный резистор.3. Differential amplifier class AB on complementary field-effect transistors with a control pn junction according to claim 1, characterized in that the source of the third (8) input field-effect transistor is connected to the source of the first (3) input field-effect transistor through the second (22) additional resistor, and the source of the fourth (11) input field-effect transistor is connected to the source of the second (6) input field-effect transistor through the third (23) additional resistor.
RU2020118901A 2020-06-08 2020-06-08 Differential amplifier of class ab on complementary field-effect transistors with control p-n junction RU2736549C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118901A RU2736549C1 (en) 2020-06-08 2020-06-08 Differential amplifier of class ab on complementary field-effect transistors with control p-n junction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118901A RU2736549C1 (en) 2020-06-08 2020-06-08 Differential amplifier of class ab on complementary field-effect transistors with control p-n junction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2736549C1 true RU2736549C1 (en) 2020-11-18

Family

ID=73461044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020118901A RU2736549C1 (en) 2020-06-08 2020-06-08 Differential amplifier of class ab on complementary field-effect transistors with control p-n junction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736549C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5291149A (en) * 1992-03-30 1994-03-01 Murata Manufacturing Co., Ltd. Operational amplifier
EP0318263B1 (en) * 1987-11-24 1995-02-01 Texas Instruments Incorporated Folded cascode amplifier with rail-to-rail common-mode range
RU2624565C1 (en) * 2016-02-11 2017-07-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Instrument amplifier for work at low temperatures
RU2712414C1 (en) * 2019-08-21 2020-01-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Differential cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction of class ab with variable voltage of restriction of pass characteristic

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0318263B1 (en) * 1987-11-24 1995-02-01 Texas Instruments Incorporated Folded cascode amplifier with rail-to-rail common-mode range
US5291149A (en) * 1992-03-30 1994-03-01 Murata Manufacturing Co., Ltd. Operational amplifier
RU2624565C1 (en) * 2016-02-11 2017-07-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Instrument amplifier for work at low temperatures
RU2712414C1 (en) * 2019-08-21 2020-01-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Differential cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction of class ab with variable voltage of restriction of pass characteristic

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2624565C1 (en) Instrument amplifier for work at low temperatures
RU2688225C1 (en) Differential amplifier on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2566963C1 (en) Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes
RU2684489C1 (en) Buffer amplifier on complementary field-effect transistors with control p-n junction for operation at low temperatures
RU2741056C1 (en) Radiation-resistant and low-temperature operational amplifier on complementary field-effect transistors
RU2677401C1 (en) Bipolar-field buffer amplifier
RU2736549C1 (en) Differential amplifier of class ab on complementary field-effect transistors with control p-n junction
Nagar et al. Single OTRA based two quadrant analog voltage divider
RU2710847C1 (en) Differential cascade of ab class on complementary field transistors with control p-n junction for operation in low temperature conditions
RU2712414C1 (en) Differential cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction of class ab with variable voltage of restriction of pass characteristic
RU2736412C1 (en) Differential amplifier based on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2732583C1 (en) Low-temperature operational amplifier with high attenuation of input in-phase signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2740306C1 (en) Differential cascade of ab class with nonlinear parallel channel
RU2721943C1 (en) Low-temperature input stage of operational amplifier with high attenuation of input common-mode signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2684473C1 (en) Differential cascade on complementary field-effect transistors
RU2687161C1 (en) Buffer amplifier for operation at low temperatures
RU2741055C1 (en) Operational amplifier with "floating" input differential cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2712416C1 (en) Input differential cascade on complementary field-effect transistors for operation at low temperatures
NL2024414B1 (en) An amplifier circuit to enable accurate measurement of small electrical signals
RU2710846C1 (en) Composite transistor based on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2583760C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2770916C1 (en) Operational amplifier on complementary field-effect transistors
RU2721945C1 (en) Input stage of differential operational amplifier with paraphase output on complementary field-effect transistors
RU2621287C2 (en) Multidifferential operational amplifier
RU2746888C1 (en) Differential stage on complete field transistors with increased temperature stability of the static mode