RU2770912C1 - Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors - Google Patents

Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors Download PDF

Info

Publication number
RU2770912C1
RU2770912C1 RU2021129177A RU2021129177A RU2770912C1 RU 2770912 C1 RU2770912 C1 RU 2770912C1 RU 2021129177 A RU2021129177 A RU 2021129177A RU 2021129177 A RU2021129177 A RU 2021129177A RU 2770912 C1 RU2770912 C1 RU 2770912C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
field
output
input
source
effect transistor
Prior art date
Application number
RU2021129177A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Евгеньевич Чумаков
Николай Николаевич Прокопенко
Алексей Вадимович Кунц
Анна Витальевна Бугакова
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 RU2021129177A priority Critical patent/RU2770912C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2770912C1 publication Critical patent/RU2770912C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers

Landscapes

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

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: in a differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors, current-stabilizing two-pole (7) contains first (11) and second (12) auxiliary field-effect transistors, gates of which are connected to first (6) bus of a power supply source, a source of first (11) auxiliary field-effect transistor is connected to first (6) bus of the power supply source through first (13) auxiliary resistor, a source of second (12) auxiliary field-effect transistor is connected to first (6) bus of the power supply source through second (14) auxiliary resistor, drains of first (11) and second (12) auxiliary field-effect transistors are connected to combined sources of first (4) and second (5) input field-effect transistors, wherein the second outputs of first (8) and second (9) load resistors are connected to a source of additional field-effect transistor (15), a gate of which is connected to a drain of second (5) input field-effect transistor, and a drain is connected to second (10) bus of the power supply source.
EFFECT: increase in the voltage gain.
4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве малошумящего устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, например, в арсенид-галлиевых операционных усилителях (ОУ), компараторах и т.п., в т.ч. работающих в широком диапазоне температур и воздействия радиации.The invention relates to the field of radio engineering and can be used as a low-noise device for amplifying analog signals, in the structure of analog microcircuits for various functional purposes, for example, in gallium arsenide operational amplifiers (op-amps), comparators, etc., incl. operating in a wide range of temperatures and exposure to radiation.

Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ) на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом (JFet) [1-15], которые стали основой многих аналоговых микросхем.There are circuits of classical differential amplifiers (DU) based on field-effect transistors with a control p-n junction (JFet) [1-15], which became the basis of many analog microcircuits.

Для работы в широком диапазоне температур при жестких ограничениях на уровень шумов перспективно использование арсенид-галлиевых полевых транзисторов (JFet) [16]. ДУ данного класса активно применяются в структуре малошумящих аналоговых интерфейсов для обработки сигналов датчиков. Однако ряд технологических процессов накладывает существенные ограничения на типы применяемых транзисторов. Так, например, ОАО «Минский НИИ радиоматериалов» допускает применение арсенид-галлиевых полевых и арсенид-галлиевых pnp-биполярных транзисторов. Для построения ОУ в данном элементном базисе нужна специальная схемотехника.For operation in a wide temperature range with severe restrictions on the noise level, the use of gallium arsenide field-effect transistors (JFets) is promising [16]. Remote controls of this class are actively used in the structure of low-noise analog interfaces for processing sensor signals. However, a number of technological processes impose significant restrictions on the types of transistors used. So, for example, JSC "Minsk Research Institute of Radiomaterials" allows the use of gallium arsenide field and gallium arsenide pnp bipolar transistors. To build an op-amp in this elemental basis, special circuitry is needed.

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является классический входной дифференциальный усилитель в структуре схемы ОУ, представленной в патенте ЕР 0293486 (fig.1), который содержит первый 1 и второй 2 входы, токовый выход 3 устройства, первый 4 и второй 5 входные полевые транзисторы, объединенные истоки которых соединены с первой 6 шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 7, причем сток первого 4 входного полевого транзистора соединен с первым выводом первого 8 резистора нагрузки, а сток второго 5 входного полевого транзистора соединен с токовым выходом 3 устройства и первым выводом второго 9 резистора нагрузки, затвор первого 4 входного полевого транзистора соединен с первым 1 входом устройства, а затвор второго 5 входного полевого транзистора связан со вторым 2 входом устройства, вторую 10 шину источника питания.The closest prototype (Fig. 1) of the proposed device is a classic input differential amplifier in the structure of the op-amp circuit presented in patent EP 0293486 (fig.1), which contains the first 1 and second 2 inputs, the current output 3 of the device, the first 4 and second 5 input field-effect transistors, the combined sources of which are connected to the first 6 bus of the power source through a current-stabilizing two-pole 7, and the drain of the first 4 input field-effect transistor is connected to the first terminal of the first 8 load resistor, and the drain of the second 5 input field-effect transistor is connected to the current output 3 of the device and the first output second 9 load resistor, the gate of the first 4 input field effect transistor is connected to the first 1 input of the device, and the gate of the second 5 input field effect transistor is connected to the second 2 input of the device, the second 10 power supply bus.

Существенный недостаток известного ДУ фиг. 1 состоит в том, что при его реализации в рамках арсенид-галлиевых технологических процессов его коэффициент усиления по напряжению оказывается небольшим (особенно при работе входных транзисторов в микрорежиме). Прежде всего, это связано с малыми значениями крутизны GaAs JFET.A significant drawback of the known control of Fig. 1 is that when it is implemented in the framework of gallium arsenide technological processes, its voltage gain turns out to be small (especially when input transistors operate in micromode). First of all, this is due to the small values of the GaAs JFET slope.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых в ДУ фиг. 1 обеспечивается повышение коэффициента усиления по напряжению при работе GaAs транзисторов с малыми статическими токами.The main objective of the proposed invention is to create conditions under which in the PS of Fig. 1 provides an increase in the voltage gain when operating GaAs transistors with low static currents.

Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе фиг. 1, содержащем первый 1 и второй 2 входы, токовый выход 3 устройства, первый 4 и второй 5 входные полевые транзисторы, объединенные истоки которых соединены с первой 6 шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 7, причем сток первого 4 входного полевого транзистора соединен с первым выводом первого 8 резистора нагрузки, а сток второго 5 входного полевого транзистора соединен с токовым выходом 3 устройства и первым выводом второго 9 резистора нагрузки, затвор первого 4 входного полевого транзистора соединен с первым 1 входом устройства, а затвор второго 5 входного полевого транзистора связан со вторым 2 входом устройства, вторую 10 шину источника питания, предусмотрены новые элементы и связи – токостабилизирующий двухполюсник 7 содержит первый 11 и второй 12 вспомогательные полевые транзисторы, затворы которых подключены к первой 6 шине источника питания, исток первого 11 вспомогательного полевого транзистора связан с первой 6 шиной источника питания через первый 13 вспомогательный резистор, исток второго 12 вспомогательного полевого транзистора соединен с первой 6 шиной источника питания через второй 14 вспомогательный резистор, стоки первого 11 и второго 12 вспомогательных полевых транзисторов соединены с объединенными истоками первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов, причем вторые выводы первого 8 и второго 9 резисторов нагрузки связаны с истоком дополнительного полевого транзистора 15, затвор которого подключен к стоку второго 5 входного полевого транзистора, а сток связан со второй 10 шиной источника питания.The problem is solved by the fact that in the differential amplifier of Fig. 1, containing the first 1 and second 2 inputs, the current output 3 of the device, the first 4 and second 5 input field-effect transistors, the combined sources of which are connected to the first 6 power supply bus through a current-stabilizing two-pole 7, and the drain of the first 4 input field-effect transistor is connected to the first output the first 8 load resistor, and the drain of the second 5 input field effect transistor is connected to the current output 3 of the device and the first output of the second 9 load resistor, the gate of the first 4 input field effect transistor is connected to the first 1 input of the device, and the gate of the second 5 input field effect transistor is connected to the second 2 the input of the device, the second 10 bus of the power supply, new elements and connections are provided - the current-stabilizing two-terminal 7 contains the first 11 and second 12 auxiliary field-effect transistors, the gates of which are connected to the first 6 bus of the power supply, the source of the first 11 auxiliary field-effect transistor is connected to the first 6 bus of the source power supply through the first 13 V auxiliary resistor, the source of the second 12 auxiliary field-effect transistor is connected to the first 6 power supply bus through the second 14 auxiliary resistor, the drains of the first 11 and second 12 auxiliary field-effect transistors are connected to the combined sources of the first 4 and second 5 input field-effect transistors, and the second terminals of the first 8 and the second 9 load resistors are connected to the source of the additional field effect transistor 15, the gate of which is connected to the drain of the second 5 input field effect transistor, and the drain is connected to the second 10 power supply bus.

На фиг. 1 представлена схема ДУ-прототипа, а на фиг. 2 – схема заявляемого устройства в соответствии с п. 1 и п. 2 формулы изобретения.In FIG. 1 shows a diagram of the remote control prototype, and Fig. 2 - diagram of the claimed device in accordance with paragraph 1 and paragraph 2 of the claims.

На фиг. 3 показан статический режим в ОУ с заявляемым входным GaAs дифференциальным усилителем фиг. 2 при R1÷R2 = 5,3 кОм, I1÷I2 = 500 мкА, V1 = 5 В, C1 = 3 пФ, Vcc=Vee=±10 В.In FIG. 3 shows the static mode in the OA with the claimed GaAs input differential amplifier of FIG. 2 at R 1 ÷R 2 = 5.3 kOhm, I 1 ÷ I 2 = 500 μA, V1 = 5 V, C1 = 3 pF, Vcc=Vee=±10 V.

На фиг. 4 приведена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению ОУ с заявляемым входным GaAs дифференциальным усилителем – прототипом фиг. 3 при R1÷R2 = 5,8 кОм, I1÷I2 = 500 мкА, V1 = 5 В, C1 = 3 пФ, Vcc=Vee=±10 В.In FIG. 4 shows the amplitude-frequency characteristic of the voltage gain of the OA with the claimed input GaAs differential amplifier - the prototype of FIG. 3 at R 1 ÷R 2 = 5.8 kOhm, I 1 ÷ I 2 = 500 μA, V1 = 5 V, C1 = 3 pF, Vcc=Vee=±10 V.

На фиг. 5 представлен статический режим в ОУ с GaAs входным дифференциальным усилителем – прототипом фиг. 1 при R1÷R2 = 5,3 кОм, I1÷I2 = 500 мкА, V1 = 5 В, C1 = 3 пФ, Vcc=Vee=±10 В.In FIG. 5 shows the static mode in an op-amp with a GaAs input differential amplifier, the prototype of FIG. 1 at R 1 ÷R 2 = 5.3 kOhm, I 1 ÷ I 2 = 500 μA, V1 = 5 V, C1 = 3 pF, Vcc=Vee=±10 V.

На фиг. 6 показана амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению ОУ с GaAs входным дифференциальным усилителем – прототипом фиг. 5 при R1÷R2 = 5,8 кОм, I1÷I2 = 500 мкА, V1 = 5 В, C1 = 3 пФ, Vcc=Vee=±10 В, из которой следует что Ку известной схемы имеет величину порядка 65 дБ.In FIG. 6 shows the frequency response of the voltage gain of an op amp with a GaAs input differential amplifier, the prototype of FIG. 5 at R 1 ÷R 2 = 5.8 kOhm, I 1 ÷I 2 = 500 μA, V1 = 5 V, C1 = 3 pF, Vcc=Vee=±10 V, from which it follows that K of the known circuit has the value about 65 dB.

На фиг. 7 приведена схема заявляемого ДУ фиг. 2 в структуре операционного усилителя по п. 2 формулы изобретения, в которой выходной неинвертирующий буферный усилитель 16 реализован на арсенид-галлиевом входном полевом транзисторе 19, источнике опорного тока 21, цепи смещения потенциалов 20 и вспомогательном буферном усилителе 22.In FIG. 7 shows a diagram of the claimed remote control of FIG. 2 in the structure of the operational amplifier according to claim 2, in which the output non-inverting buffer amplifier 16 is implemented on a gallium arsenide input field-effect transistor 19, a reference current source 21, a potential bias circuit 20 and an auxiliary buffer amplifier 22.

На фиг. 8 приведена схема заявляемого ДУ фиг. 2 в структуре операционного усилителя по п. 2 формулы изобретения, в которой выходной неинвертирующий буферный усилитель 16 реализован на арсенид-галлиевом входном полевом транзисторе 23, арсенид-галлиевом выходном биполярном p-n-p транзисторе 24, источнике опорного тока 25, корректирующем конденсаторе 26, источнике напряжения смещения 27 и согласующем буферном усилителе 28. Схема фиг. 8 позволяет получить более высокие значения коэффициента усиления по напряжению ОУ (до 91 дБ), чем схема фиг. 7.In FIG. 8 shows a diagram of the claimed remote control of FIG. 2 in the structure of the operational amplifier according to claim 2 of the claims, in which the output non-inverting buffer amplifier 16 is implemented on a gallium arsenide input field-effect transistor 23, a gallium arsenide output bipolar p-n-p transistor 24, a reference current source 25, a correction capacitor 26, a bias voltage source 27 and a matching buffer amplifier 28. The circuit of FIG. 8 makes it possible to obtain higher values of the voltage gain of the op amp (up to 91 dB) than the circuit of FIG. 7.

Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 входы, токовый выход 3 устройства, первый 4 и второй 5 входные полевые транзисторы, объединенные истоки которых соединены с первой 6 шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник 7, причем сток первого 4 входного полевого транзистора соединен с первым выводом первого 8 резистора нагрузки, а сток второго 5 входного полевого транзистора соединен с токовым выходом 3 устройства и первым выводом второго 9 резистора нагрузки, затвор первого 4 входного полевого транзистора соединен с первым 1 входом устройства, а затвор второго 5 входного полевого транзистора связан со вторым 2 входом устройства, вторую 10 шину источника питания. Токостабилизирующий двухполюсник 7 содержит первый 11 и второй 12 вспомогательные полевые транзисторы, затворы которых подключены к первой 6 шине источника питания, исток первого 11 вспомогательного полевого транзистора связан с первой 6 шиной источника питания через первый 13 вспомогательный резистор, исток второго 12 вспомогательного полевого транзистора соединен с первой 6 шиной источника питания через второй 14 вспомогательный резистор, стоки первого 11 и второго 12 вспомогательных полевых транзисторов соединены с объединенными истоками первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов, причем вторые выводы первого 8 и второго 9 резисторов нагрузки связаны с истоком дополнительного полевого транзистора 15, затвор которого подключен к стоку второго 5 входного полевого транзистора, а сток связан со второй 10 шиной источника питания.Differential amplifier based on gallium arsenide field-effect transistors Fig. 2 contains the first 1 and second 2 inputs, the current output 3 of the device, the first 4 and second 5 input field-effect transistors, the combined sources of which are connected to the first 6 power supply bus through a current-stabilizing two-pole 7, and the drain of the first 4 input field-effect transistor is connected to the first output of the first 8 load resistor, and the drain of the second 5 input field-effect transistor is connected to the current output 3 of the device and the first output of the second 9 load resistor, the gate of the first 4 input field-effect transistor is connected to the first 1 input of the device, and the gate of the second 5 input field-effect transistor is connected to the second 2 input device, the second bus 10 power supply. The current-stabilizing two-pole 7 contains the first 11 and second 12 auxiliary field-effect transistors, the gates of which are connected to the first 6 bus of the power supply, the source of the first 11 auxiliary field-effect transistor is connected to the first 6 bus of the power source through the first 13 auxiliary resistor, the source of the second 12 auxiliary field-effect transistor is connected to the first 6 power supply bus through the second 14 auxiliary resistor, the drains of the first 11 and second 12 auxiliary field-effect transistors are connected to the combined sources of the first 4 and second 5 input field-effect transistors, and the second terminals of the first 8 and second 9 load resistors are connected to the source of the additional field-effect transistor 15 , the gate of which is connected to the drain of the second 5 input field-effect transistor, and the drain is connected to the second 10 power supply bus.

На чертеже фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, токовый выход 3 устройства связан со входом дополнительного буферного усилителя напряжения 16, выход 17 которого является потенциальным выходом устройства. На чертеже фиг. 2 корректирующий конденсатор 18 обеспечивает устойчивость операционного усилителя, но в ряде случаев может отсутствовать.In the drawing of FIG. 2, in accordance with paragraph 2 of the claims, the current output 3 of the device is connected to the input of an additional voltage buffer amplifier 16, the output 17 of which is the potential output of the device. In the drawing of FIG. 2, the correction capacitor 18 ensures the stability of the operational amplifier, but in some cases it may be absent.

На фиг. 7 приведена схема заявляемого ДУ фиг. 2 в структуре операционного усилителя по п. 2 формулы изобретения, в которой дополнительный буферный усилитель напряжения 16 содержит первый арсенид-галлиевый входной полевой транзистор 19, цепь смещения потенциалов 20, включенную между истоком первого арсенид-галлиевого входного полевого транзистора 19 и источником опорного тока 21, причем общий узел цепи смещения 20 и источника опорного тока 21 соединен со входом вспомогательного буферного усилителя 22, выход которого является потенциальным выходом 17 устройства.In FIG. 7 shows a diagram of the claimed remote control of FIG. 2 in the structure of the operational amplifier according to claim 2 of the claims, in which the additional voltage buffer amplifier 16 contains the first gallium arsenide input field effect transistor 19, the potential bias circuit 20 connected between the source of the first gallium arsenide input field effect transistor 19 and the reference current source 21 , and the common node of the bias circuit 20 and the reference current source 21 is connected to the input of the auxiliary buffer amplifier 22, the output of which is the potential output 17 of the device.

На фиг. 8 приведена схема заявляемого ДУ фиг. 2 в структуре операционного усилителя по п. 2 формулы изобретения, в которой дополнительный буферный усилитель напряжения 16 содержит второй арсенид-галлиевый входной полевой транзистор 23, и выходной арсенид-галлиевый биполярный транзистор 24, исток второго арсенид-галлиевого входного полевого транзистора 23 соединен с эмиттером выходного арсенид-галлиевого биполярного транзистора 24, коллектор выходного арсенид-галлиевого биполярного транзистора 24 соединен с источником опорного тока 25 и корректирующим конденсатором 26, база выходного арсенид-галлиевого биполярного транзистора 24 соединена с источником напряжения смещения 27, коллектор выходного арсенид-галлиевого биполярного транзистора 24 соединен с согласующим буферным усилителем 28, выход которого является потенциальным выходом 17 устройства.In FIG. 8 shows a diagram of the claimed remote control of FIG. 2 in the structure of the operational amplifier according to claim 2, in which the additional voltage buffer amplifier 16 contains a second gallium arsenide input field effect transistor 23, and an output gallium arsenide bipolar transistor 24, the source of the second gallium arsenide input field effect transistor 23 is connected to the emitter of the output gallium arsenide bipolar transistor 24, the collector of the output gallium arsenide bipolar transistor 24 is connected to the reference current source 25 and the correction capacitor 26, the base of the output gallium arsenide bipolar transistor 24 is connected to the bias voltage source 27, the collector of the output gallium arsenide bipolar transistor 24 connected to a matching buffer amplifier 28, the output of which is the potential output 17 of the device.

Рассмотрим работу ДУ фиг. 2.Consider the operation of the control unit of Fig. 2.

В статическом режиме, например, при подключении первого 1 и второго 2 входов ДУ фиг. 2 к общей шине источников питания, статические токи истоков первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов, а также первого 11 и второго 12 вспомогательных полевых транзисторов определяются численными значениями идентичных сопротивлений первого 13 и второго 14 вспомогательных резисторовIn static mode, for example, when connecting the first 1 and second 2 remote control inputs of Fig. 2 to a common power supply bus, the static currents of the sources of the first 4 and second 5 input field-effect transistors, as well as the first 11 and second 12 auxiliary field-effect transistors are determined by the numerical values of the identical resistances of the first 13 and second 14 auxiliary resistors

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
(one)

Figure 00000002
, (2)
Figure 00000002
, (2)

Figure 00000003
, (3)
Figure 00000003
, (3)

Figure 00000004
, (4)
Figure 00000004
, (4)

Figure 00000005
, (5)
Figure 00000005
, (5)

где Iиi – ток истока i-го полевого транзистора; Uзи.11, Uзи.12, Uзи.15 – напряжение затвор-исток соответствующих первого 11 и второго 12 вспомогательных полевых транзисторов и дополнительного полевого транзистора 15 в рабочей точке при токе истока, равном заданному значению I0.where I ii is the source current of the i-th field-effect transistor; U z.11 , U z.12 , U z.15 - gate-source voltage of the corresponding first 11 and second 12 auxiliary field-effect transistors and an additional field-effect transistor 15 at the operating point at a source current equal to a given value I 0 .

Таким образом, в схеме фиг. 2 за счет выбора идентичных значений сопротивлений первого 13 и второго 14 вспомогательных резисторов, а также второго 9 резистора нагрузки, при известных стоко-затворных характеристиках JFET обеспечивается заданный статический режим по току.Thus, in the diagram of Fig. 2 by choosing identical resistance values of the first 13 and second 14 auxiliary resistors, as well as the second 9 load resistor, with known drain-gate characteristics of the JFET, a given static current mode is provided.

Если на вход 1 подается положительное входное напряжение uвх относительно входа 2, то это вызывает увеличение тока через первый 4 входной полевой транзистор и уменьшение на такую же величину тока стока второго 5 входного полевого транзистора. В результате ток истока дополнительного полевого транзистора 15 не изменяется. При подключении второго вывода первого 8 резистора к истоку дополнительного полевого транзистора 15 обеспечивается передача переменного напряжения на стоке второго 5 входного полевого транзистора в цепь стока первого 4 входного полевого транзистора. Как следствие, изменение напряжения на токовом выходе 3 устройства приводит в заявляемой схеме фиг. 2 к такому же изменению напряжения на стоке первого 4 входного полевого транзистора. Это повышает эквивалентное выходное сопротивление токового выхода 3 устройства и, как следствие, увеличивает коэффициент усиления по напряжению заявляемого ДУ (Ку) при малых значениях крутизны первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов. Сравнительный анализ графиков фиг. 4 и фиг. 6 показывает, что предлагаемое схемотехническое решение фиг. 2 дает повышение Ку на 26 дБ, т.е. более чем в 10 раз.If a positive input voltage u in relative to input 2 is applied to input 1, this causes an increase in current through the first 4 input FET and a decrease by the same amount of drain current of the second 5 input FET. As a result, the source current of the additional FET 15 does not change. When connecting the second output of the first 8 resistor to the source of the additional field-effect transistor 15, an alternating voltage is transmitted at the drain of the second 5 input field-effect transistor to the drain circuit of the first 4 input field-effect transistor. As a consequence, a change in voltage at the current output 3 of the device leads to the inventive circuit of FIG. 2 to the same voltage change at the drain of the first 4 input FET. This increases the equivalent output resistance of the current output 3 of the device and, as a consequence, increases the voltage gain of the proposed DU (Ku) at low values of the slope of the first 4 and second 5 input field-effect transistors. Comparative analysis of the graphs of Fig. 4 and FIG. 6 shows that the proposed circuit design of FIG. 2 gives an increase in Ku by 26 dB, i.e. more than 10 times.

Существенная особенность предлагаемого ДУ фиг. 2 и операционных усилителей на его основе (фиг. 7, фиг. 8) состоит в том, что при выборе сопротивлений первого 8 и второго 9 резисторов нагрузки, а также первого 13 и второго 14 вспомогательных резисторов одинаковыми, в GaAs ОУ (фиг. 2, фиг. 7, фиг. 8) обеспечиваются малые значения систематической составляющей напряжения смещения нуля (на уровне 1,4 мкВ, фиг. 3). В то же время ОУ с входным каскадом-прототипом имеет Uсм=3,48 мВ, что значительно превышает Uсм ОУ с заявляемым входным ДУ.An essential feature of the proposed PS of Fig. 2 and operational amplifiers based on it (Fig. 7, Fig. 8) is that when choosing the resistances of the first 8 and second 9 load resistors, as well as the first 13 and second 14 auxiliary resistors are the same, in GaAs OU (Fig. 2 , Fig. 7, Fig. 8) provide small values of the systematic component of the zero bias voltage (at the level of 1.4 μV, Fig. 3). At the same time, the op-amp with the prototype input stage has U cm =3.48 mV, which is much higher than the U cm of the op-amp with the claimed input control.

В частном случае GaAs буферный усилитель 16 может выполняться в виде неинвертирующего истокового повторителя напряжения (фиг. 7) или BJT JFET GaAs транзисторного каскада (фиг. 8).In the particular case of GaAs buffer amplifier 16 can be implemented as a non-inverting source voltage follower (Fig. 7) or BJT JFET GaAs transistor stage (Fig. 8).

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с ДУ-прототипом, что позволяет рекомендовать его для практического использования в аналоговых GaAs схемах. Thus, the claimed device has significant advantages in comparison with the DU prototype, which allows us to recommend it for practical use in analog GaAs circuits.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКREFERENCES

1. Патент RU 2710296, 2019 г.1. Patent RU 2710296, 2019

2. Авт.св. СССР 537435, 1976 г.2. Auto light USSR 537435, 1976

3. Патентная заявка RU 2020134402, 2020 г.3. Patent application RU 2020134402, 2020

4. Патент US 5.291.149, fig. 3, 1994 г.4. Patent US 5.291.149, fig. 3, 1994

5. Патент RU 2679970, fig. 2, 2019 г.5. Patent RU 2679970, fig. 2, 2019

6. Патент RU 2624565, fig. 1, 2016 г.6. Patent RU 2624565, fig. 1, 2016

7. Патент RU 2571399, fig. 2, 2014 г.7. Patent RU 2571399, fig. 2, 2014

8. Авт.св. СССР 437193, 1972 г.8. Auto. USSR 437193, 1972

9. Патентная заявка US 2006/01255222, 2006 г.9. Patent application US 2006/01255222, 2006

10. Патент US 4.121.169, fig. 5, fig. 6, 1978 г.10. Patent US 4.121.169, fig. 5, fig. 6, 1978

11. Патент US 9.668.045, 2017 г.11. Patent US 9.668.045, 2017

12. Патент US 9.888.315, 2018 г.12. Patent US 9.888.315, 2018

13. Патент US 9.167.327, 2015 г.13. Patent US 9.167.327, 2015

14. Патент EP 0293488, fig. 1, 1988 г.14. Patent EP 0293488, fig. 1, 1988

15. Патент US 5.166.553, fig. 14, 1992 г.15. Patent US 5.166.553, fig. 14, 1992

16. Shur, Michael S., “GaAs Devices and Circuits”, Springer Science+Business Media, New York, 1987, 677 p. DOI 10.1007/978-1-4899-1989-2.16. Shur, Michael S., “GaAs Devices and Circuits,” Springer Science+Business Media, New York, 1987, 677 p. DOI 10.1007/978-1-4899-1989-2.

Claims (4)

1. Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах, содержащий первый (1) и второй (2) входы, токовый выход (3) устройства, первый (4) и второй (5) входные полевые транзисторы, объединенные истоки которых соединены с первой (6) шиной источника питания через токостабилизирующий двухполюсник (7), причем сток первого (4) входного полевого транзистора соединен с первым выводом первого (8) резистора нагрузки, а сток второго (5) входного полевого транзистора соединен с токовым выходом (3) устройства и первым выводом второго (9) резистора нагрузки, затвор первого (4) входного полевого транзистора соединен с первым (1) входом устройства, а затвор второго (5) входного полевого транзистора связан со вторым (2) входом устройства, вторую (10) шину источника питания, отличающийся тем, что токостабилизирующий двухполюсник (7) содержит первый (11) и второй (12) вспомогательные полевые транзисторы, затворы которых подключены к первой (6) шине источника питания, исток первого (11) вспомогательного полевого транзистора связан с первой (6) шиной источника питания через первый (13) вспомогательный резистор, исток второго (12) вспомогательного полевого транзистора соединен с первой (6) шиной источника питания через второй (14) вспомогательный резистор, стоки первого (11) и второго (12) вспомогательных полевых транзисторов соединены с объединенными истоками первого (4) и второго (5) входных полевых транзисторов, причем вторые выводы первого (8) и второго (9) резисторов нагрузки связаны с истоком дополнительного полевого транзистора (15), затвор которого подключен к стоку второго (5) входного полевого транзистора, а сток связан со второй (10) шиной источника питания.1. Differential amplifier based on gallium arsenide field-effect transistors, containing the first (1) and second (2) inputs, the current output (3) of the device, the first (4) and second (5) input field-effect transistors, the combined sources of which are connected to the first ( 6) by a power supply bus through a current-stabilizing two-terminal network (7), wherein the drain of the first (4) input field-effect transistor is connected to the first terminal of the first (8) load resistor, and the drain of the second (5) input field-effect transistor is connected to the current output (3) of the device and the first output of the second (9) load resistor, the gate of the first (4) input FET is connected to the first (1) input of the device, and the gate of the second (5) input FET is connected to the second (2) input of the device, the second (10) source bus power supply, characterized in that the current-stabilizing bipolar (7) contains the first (11) and second (12) auxiliary field-effect transistors, the gates of which are connected to the first (6) power supply bus, the source of the first (11) auxiliary field effect transistor is connected to the first (6) power supply bus through the first (13) auxiliary resistor, the source of the second (12) auxiliary field effect transistor is connected to the first (6) power supply bus through the second (14) auxiliary resistor, the drains of the first (11) and the second (12) auxiliary field-effect transistors are connected to the combined sources of the first (4) and second (5) input field-effect transistors, and the second outputs of the first (8) and second (9) load resistors are connected to the source of the additional field-effect transistor (15), gate which is connected to the drain of the second (5) input field-effect transistor, and the drain is connected to the second (10) power supply bus. 2. Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах по п. 1, отличающийся тем, что токовый выход (3) устройства связан со входом дополнительного буферного усилителя напряжения (16), выход (17) которого является потенциальным выходом устройства.2. Differential amplifier based on gallium arsenide field-effect transistors according to claim 1, characterized in that the current output (3) of the device is connected to the input of an additional buffer voltage amplifier (16), the output (17) of which is the potential output of the device. 3. Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный буферный усилитель напряжения (16) содержит первый арсенид-галлиевый входной полевой транзистор (19), цепь смещения потенциалов (20), включенную между истоком первого арсенид-галлиевого входного полевого транзистора (19) и источником опорного тока (21), причем общий узел цепи смещения (20) и источника опорного тока (21) соединен со входом вспомогательного буферного усилителя (22), выход которого является потенциальным выходом (17) устройства.3. Differential amplifier based on gallium arsenide field-effect transistors according to claim 1, characterized in that the additional voltage buffer amplifier (16) contains the first gallium arsenide input field-effect transistor (19), a potential bias circuit (20) connected between the source of the first arsenide -gallium input field-effect transistor (19) and a reference current source (21), moreover, the common node of the bias circuit (20) and the reference current source (21) is connected to the input of an auxiliary buffer amplifier (22), the output of which is a potential output (17) of the device . 4. Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах по п. 2, отличающийся тем, что дополнительный буферный усилитель напряжения (16) содержит второй арсенид-галлиевый входной полевой транзистор (23) и выходной арсенид-галлиевый биполярный транзистор (24), исток второго арсенид-галлиевого входного полевого транзистора (23) соединен с эмиттером выходного арсенид-галлиевого биполярного транзистора (24), коллектор выходного арсенид-галлиевого биполярного транзистора (24) соединен с источником опорного тока (25) и корректирующим конденсатором (26), база выходного арсенид-галлиевого биполярного транзистора (24) соединена с источником напряжения смещения (27), коллектор выходного арсенид-галлиевого биполярного транзистора (24) соединен с согласующим буферным усилителем (28), выход которого является потенциальным выходом (17) устройства.4. Differential amplifier based on gallium arsenide field effect transistors according to claim 2, characterized in that the additional voltage buffer amplifier (16) contains a second gallium arsenide input field effect transistor (23) and an output gallium arsenide bipolar transistor (24), the source of the second of the gallium arsenide input field effect transistor (23) is connected to the emitter of the output gallium arsenide bipolar transistor (24), the collector of the output gallium arsenide bipolar transistor (24) is connected to the reference current source (25) and the correction capacitor (26), the base of the output arsenide -gallium bipolar transistor (24) is connected to a bias voltage source (27), the collector of the output gallium arsenide bipolar transistor (24) is connected to a matching buffer amplifier (28), the output of which is a potential output (17) of the device.
RU2021129177A 2021-10-06 2021-10-06 Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors RU2770912C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021129177A RU2770912C1 (en) 2021-10-06 2021-10-06 Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021129177A RU2770912C1 (en) 2021-10-06 2021-10-06 Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2770912C1 true RU2770912C1 (en) 2022-04-25

Family

ID=81306399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021129177A RU2770912C1 (en) 2021-10-06 2021-10-06 Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2770912C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784046C1 (en) * 2022-08-15 2022-11-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Gallium buffer amplifier

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1314440A1 (en) * 1985-08-07 1987-05-30 Предприятие П/Я Р-6149 Differential amplifier
EP0293486B1 (en) * 1986-11-21 1991-03-13 KASAI, Takafumi Amplifier having a constant-current bias circuit
RU2331971C1 (en) * 2007-05-14 2008-08-20 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Differential amplifier with extended rating of operation
RU2333593C1 (en) * 2007-05-21 2008-09-10 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Differential amplifier with wider active operation range

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1314440A1 (en) * 1985-08-07 1987-05-30 Предприятие П/Я Р-6149 Differential amplifier
EP0293486B1 (en) * 1986-11-21 1991-03-13 KASAI, Takafumi Amplifier having a constant-current bias circuit
RU2331971C1 (en) * 2007-05-14 2008-08-20 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Differential amplifier with extended rating of operation
RU2333593C1 (en) * 2007-05-21 2008-09-10 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Differential amplifier with wider active operation range

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784046C1 (en) * 2022-08-15 2022-11-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Gallium buffer amplifier
RU2813370C1 (en) * 2023-11-21 2024-02-12 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Precision gallium arsenide operational amplifier with low level of systematic component of zero offset voltage and high gain

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6583667B1 (en) High frequency CMOS differential amplifiers with fully compensated linear-in-dB variable gain characteristic
EP1229420A1 (en) Bandgap type reference voltage source with low supply voltage
US6590454B2 (en) System and method for current splitting for variable gain control
RU2770912C1 (en) Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2321159C1 (en) Cascode differential amplifier
US6906588B2 (en) Variable-gain differential input and output amplifier
US11742812B2 (en) Output pole-compensated operational amplifier
RU2741055C1 (en) Operational amplifier with "floating" input differential cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2687161C1 (en) Buffer amplifier for operation at low temperatures
RU2792710C1 (en) Multichannel differential amplifier based on gallium arsenide field-effect and bipolar transistors
RU2786941C1 (en) Differential cascade on complementary field-effect transistors
RU2770915C1 (en) Differential amplifier with increased slope on field-effect transistors
RU2621289C1 (en) Two-stage differential operational amplifier with higher gain
RU2784666C1 (en) Gallium arsenide operational amplifier with a low zero-bias voltage
RU2284647C1 (en) Differential amplifier
RU2411637C1 (en) Precision operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2813281C1 (en) Gallium arsenide operational amplifier based on pnp bipolar and field-effect transistors with control pn junction
RU2293433C1 (en) Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal
US7622991B2 (en) Transconductance signal capacity format
RU2780220C1 (en) Operational amplifier based on two-stroke "inverse" cascode and complementary fet-steristors with control pn-junction
RU2814685C1 (en) Gallium arsenide operational amplifier for operation in wide temperature range
GB2193059A (en) Voltage follower circuit
RU2813140C1 (en) Gallium arsenide operational amplifier
RU2789482C1 (en) Push-pull gallium arsenide buffer amplifier with a small dead zone of the amplitude characteristic