RU2790615C1 - High-speed buffer amplifier with nonlinear correction class ab - Google Patents

High-speed buffer amplifier with nonlinear correction class ab Download PDF

Info

Publication number
RU2790615C1
RU2790615C1 RU2022132185A RU2022132185A RU2790615C1 RU 2790615 C1 RU2790615 C1 RU 2790615C1 RU 2022132185 A RU2022132185 A RU 2022132185A RU 2022132185 A RU2022132185 A RU 2022132185A RU 2790615 C1 RU2790615 C1 RU 2790615C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
input
power supply
output
supply bus
Prior art date
Application number
RU2022132185A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Алексей Андреевич Жук
Дмитрий Владимирович Клейменкин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
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)
Application granted granted Critical
Publication of RU2790615C1 publication Critical patent/RU2790615C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: analog microelectronics.
SUBSTANCE: push-pull buffer amplifiers. The bases of the first (15) and second (16) additional transistors are connected to the output (2) devices, the emitter of the first (15) additional transistor is connected to the second (8) power supply bus and connected to the base of the third (17) additional transistor, the collector of which is matched with the second (8) power supply bus, the emitter of the second (16) additional transistor connected to the first (6) power supply bus and connected to the base of the fourth (18) additional transistor, the collector of which is matched with the first (6) power supply bus, the collector of the second (16) additional transistor is connected to the second (8) power supply bus, the collector of the first (15) additional transistor is connected to the first (6) power supply bus, the emitter of the third (17) additional transistor is connected to the combined emitters of the third (10) and fourth (11) input transistors, and the emitter of the fourth (18) additional transistor is connected to the combined emitters of the first (3) and second (4) input transistors.
EFFECT: creation of a buffer amplifier with increased (8-10 times) values of the maximum rate of rise of the output voltage, which is achieved by introducing additional transistors into the circuit.
1 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в качестве двухтактных буферных усилителей и выходных каскадов в различных аналоговых устройствах (операционных усилителях, драйверах линий связи и т.п.).The invention relates to the field of analog microelectronics and can be used as push-pull buffer amplifiers and output stages in various analog devices (operational amplifiers, communication line drivers, etc.).

В современной аналоговой микросхемотехнике находят широкое применение буферные усилители класса АВ на комплементарных n-p-n и p-n-p выходных транзисторах, в которых для улучшения линейности амплитудной характеристики вводится общая отрицательная обратная связь (ООС). В практических схемах ООС реализуется на двух входных комплементарных дифференциальных каскадах класса dual-input-stage [1-10]. In modern analog microcircuitry, class AB buffer amplifiers on complementary n-p-n and p-n-p output transistors are widely used, in which a general negative feedback (OOS) is introduced to improve the linearity of the amplitude characteristic. In practical circuits, the FOS is implemented on two input complementary differential stages of the dual-input-stage class [1-10].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является буферный усилитель (фиг. 1), представленный в патенте US 6724260, fig. 12, 2004 г. Схема БУ-прототипа фиг. 1 содержит вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 входные транзисторы, общая эмиттерная цепь которых связана через первый 5 источник опорного тока с первой 6 шиной источника питания, первое 7 токовое зеркало, согласованное со второй 8 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого 3 входного транзистора, а выход связан с коллектором второго 4 входного транзистора и базой первого 9 выходного транзистора, база первого 3 входного транзистора соединена со входом 1 устройства, а база второго 4 входного транзистора соединена с эмиттером первого 9 выходного транзистора и связана с выходом устройства 2, третий 10 и четвертый 11 входные транзисторы, общая эмиттерная цепь которых соединена через второй 12 источник опорного тока со второй 8 шиной источника питания, второе 13 токовое зеркало, согласованное с первой 6 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором третьего 10 входного транзистора, а выход связан с коллектором четвертого 11 входного транзистора и базой второго 14 выходного транзистора, база третьего 10 входного транзистора подключена ко входу 1 устройства, а база четвертого 11 входного транзистора соединена с эмиттером второго 14 выходного транзистора и связана с выходом устройства 2, причем коллектор первого 9 выходного транзистора соединен со второй 8 шиной источника питания, а коллектор второго 14 выходного транзистора связан с первой 6 шиной источника питания.The closest prototype of the proposed device is a buffer amplifier (Fig. 1), presented in US patent 6724260, fig. 12, 2004. Scheme of the CU prototype of Fig. 1 contains input 1 and output 2 of the device, the first 3 and second 4 input transistors, the common emitter circuit of which is connected through the first 5 reference current source with the first 6 power supply bus, the first 7 current mirror, matched with the second 8 power supply bus, the input of which connected to the collector of the first 3 input transistor, and the output is connected to the collector of the second 4 input transistor and the base of the first 9 output transistor, the base of the first 3 input transistor is connected to the input 1 of the device, and the base of the second 4 input transistor is connected to the emitter of the first 9 output transistor and connected with the output of the device 2, the third 10 and fourth 11 input transistors, the common emitter circuit of which is connected through the second 12 reference current source with the second 8 power supply bus, the second 13 current mirror, matched with the first 6 power supply bus, the input of which is connected to the collector of the third 10 input transistor, and the output is connected to the collector of the fourth 11 input the base of the second 14 output transistor, the base of the third 10 input transistor is connected to input 1 of the device, and the base of the fourth 11 input transistor is connected to the emitter of the second 14 output transistor and is connected to the output of device 2, and the collector of the first 9 output transistor is connected to the second 8 power supply bus, and the collector of the second 14 output transistor is connected to the first 6 power supply bus.

Существенный недостаток БУ-прототипа состоит в том, что он имеет сравнительно небольшие значения максимальной скорости нарастания выходного напряжения при больших импульсных изменениях входного сигнала. Это ограничивает области его применения, не позволяет применять данное схемотехническое решение в качестве выходных каскадов быстродействующих ОУ, драйверов линий связи и т.п.A significant drawback of the CU prototype is that it has a relatively small value of the maximum slew rate of the output voltage for large pulse changes in the input signal. This limits the scope of its application, does not allow the use of this circuit solution as output stages of high-speed op amps, communication line drivers, etc.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании буферного усилителя с повышенными (в 8-10 раз) значениями максимальной скорости нарастания выходного напряжения (SR).The main objective of the proposed invention is to create a buffer amplifier with increased (8-10 times) values of the maximum output voltage slew rate (SR).

Поставленная задача решается тем, что в буферном усилителе фиг. 1, содержащем содержащий вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 входные транзисторы, общая эмиттерная цепь которых связана через первый 5 источник опорного тока с первой 6 шиной источника питания, первое 7 токовое зеркало, согласованное со второй 8 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого 3 входного транзистора, а выход связан с коллектором второго 4 входного транзистора и базой первого 9 выходного транзистора, база первого 3 входного транзистора соединена со входом 1 устройства, а база второго 4 входного транзистора соединена с эмиттером первого 9 выходного транзистора и связана с выходом устройства 2, третий 10 и четвертый 11 входные транзисторы, общая эмиттерная цепь которых соединена через второй 12 источник опорного тока со второй 8 шиной источника питания, второе 13 токовое зеркало, согласованное с первой 6 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором третьего 10 входного транзистора, а выход связан с коллектором четвертого 11 входного транзистора и базой второго 14 выходного транзистора, база третьего 10 входного транзистора подключена ко входу 1 устройства, а база четвертого 11 входного транзистора соединена с эмиттером второго 14 выходного транзистора и связана с выходом устройства 2, причем коллектор первого 9 выходного транзистора соединен со второй 8 шиной источника питания, а коллектор второго 14 выходного транзистора связан с первой 6 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи – в схему введены первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 дополнительные транзисторы, базы первого 15 и второго 16 дополнительных транзисторов подключены к выходу 2 устройства, эмиттер первого 15 дополнительного транзистора соединен со второй 8 шиной источника питания через первый 19 дополнительный источник опорного тока и соединен с базой третьего 17 дополнительного транзистора, коллектор которого согласован со второй 8 шиной источника питания, эмиттер второго 16 дополнительного транзистора соединен с первой 6 шиной источника питания через второй 20 дополнительный источник опорного тока и соединен с базой четвертого 18 дополнительного транзистора, коллектор которого согласован с первой 6 шиной источника питания, коллектор второго 16 дополнительного транзистора соединен со второй 8 шиной источника питания, коллектор первого 15 дополнительного т транзистора связан с первой 6 шиной источника питания, эмиттер третьего 17 дополнительного транзистора соединен с объединенными эмиттерами третьего 10 и четвертого 11 входных транзисторов, а эмиттер четвертого 18 дополнительного транзистора соединен с объединенными эмиттерами первого 3 и второго 4 входных транзисторов.The problem is solved by the fact that in the buffer amplifier of Fig. 1, containing input 1 and output 2 of the device, the first 3 and second 4 input transistors, the common emitter circuit of which is connected through the first 5 reference current source to the first 6 power supply bus, the first 7 current mirror, matched with the second 8 power supply bus, the input of which is connected to the collector of the first 3 input transistor, and the output is connected to the collector of the second 4 input transistor and the base of the first 9 output transistor, the base of the first 3 input transistor is connected to the input 1 of the device, and the base of the second 4 input transistor is connected to the emitter of the first 9 output transistor and is connected to the output of the device 2, the third 10 and fourth 11 input transistors, the common emitter circuit of which is connected through the second 12 reference current source with the second 8 power supply bus, the second 13 current mirror, matched with the first 6 power supply bus, the input of which is connected to collector of the third 10 input transistor, and the output is connected to the collector of the fourth the third 11 input transistor and the base of the second 14 output transistor, the base of the third 10 input transistor is connected to the input 1 of the device, and the base of the fourth 11 input transistor is connected to the emitter of the second 14 output transistor and is connected to the output of the device 2, and the collector of the first 9 output transistor is connected to the second 8 power supply bus, and the collector of the second 14 output transistor is connected to the first 6 power supply bus, new elements and connections are provided - the first 15, second 16, third 17 and fourth 18 additional transistors are introduced into the circuit, the bases of the first 15 and second 16 additional transistors are connected to output 2 of the device, the emitter of the first 15 additional transistor is connected to the second 8 power supply bus through the first 19 additional reference current source and connected to the base of the third 17 additional transistor, the collector of which is matched with the second 8 bus of the power source, the emitter of the second 16 additional transistor connected to the first 6 power supply bus through the second 20 additional reference current source and connected to the base of the fourth 18 additional transistor, the collector of which is matched with the first 6 power supply bus, the collector of the second 16 additional transistor is connected to the second 8 power supply bus, the collector of the first 15 additional t of the transistor is connected to the first 6 power supply bus, the emitter of the third 17 additional transistor is connected to the combined emitters of the third 10 and fourth 11 input transistors, and the emitter of the fourth 18 additional transistor is connected to the combined emitters of the first 3 and second 4 input transistors.

На чертеже фиг. 1 представлена схема буферного усилителя-прототипа по патенту US 6724260, fig. 12, 2004 г. In the drawing of FIG. 1 shows a prototype buffer amplifier circuit according to US 6724260, fig. 12, 2004

На чертеже фиг. 2 приведена схема заявляемого буферного усилителя в соответствии с формулой изобретения.In the drawing of FIG. 2 shows a diagram of the proposed buffer amplifier in accordance with the claims.

На чертеже фиг. 3 показана схема для моделирования БУ-прототипа фиг. 1 в среде LTspice при t=27°C, +Vcc=-Vee=10 В, Rload=1 МОм, I1= I2=200 мкА. In the drawing of FIG. 3 shows a diagram for modeling the prototype CU of FIG. 1 in LTspice environment at t=27°C, +Vcc=-Vee=10 V, R load =1 MΩ, I 1 =I 2 =200 μA.

На чертеже фиг. 4 представлена переходная характеристика переднего фронта БУ-прототипа фиг. 3 в среде LTspice при t=27°C, +Vcc=-Vee=10 В, Rload=1 МОм, I1= I2=200 мкА.In the drawing of FIG. 4 shows the transient response of the leading edge of the prototype CU of FIG. 3 in LTspice environment at t=27°C, +Vcc=-Vee=10 V, R load =1 MΩ, I 1 =I 2 =200 μA.

На чертеже фиг. 5 приведена переходная характеристика заднего фронта БУ-прототипа фиг. 3 в среде LTspice при t=27°C, +Vcc=-Vee=10 В, Rload=1 МОм, I1= I2=200 мкА. In the drawing of FIG. 5 shows the transient response of the trailing edge of the prototype CU of FIG. 3 in LTspice environment at t=27°C, +Vcc=-Vee=10 V, R load =1 MΩ, I 1 =I 2 =200 μA.

На чертеже фиг. 6 в таблице 1 показаны скорости нарастания БУ-прототипа фиг. 3 для переднего и заднего фронтов.In the drawing of FIG. 6 in Table 1 shows the slew rates of the prototype CU of FIG. 3 for leading and trailing edges.

На чертеже фиг. 7 представлена амплитудная характеристика БУ-прототипа фиг. 3 в среде LTspice при t=27°C, +Vcc=-Vee=10 В, I1= I2=200 мкА, Rload= 1 кОм/2 кОм/ 10кОм/1 МОм.In the drawing of FIG. 7 shows the amplitude response of the prototype CU of FIG. 3 in LTspice environment at t=27°C, +Vcc=-Vee=10 V, I 1 = I 2 =200 μA, R load = 1 kΩ/2 kΩ/ 10 kΩ/1 MΩ.

На чертеже фиг. 8 приведена схема для моделирования предлагаемого быстродействующего БУ фиг. 2 в среде LTspice при t=27°C, +Vcc=-Vee=10 В, Rload=1 МОм, I1= I2=200 мкА, I3= I4=100 мкА.In the drawing of FIG. 8 shows a diagram for modeling the proposed high-speed control unit of FIG. 2 in LTspice environment at t=27°C, +Vcc=-Vee=10 V, R load =1 MΩ, I 1 =I 2 =200 μA, I 3 =I 4 =100 μA.

На чертеже фиг. 9 показана частная схема для моделирования предлагаемого быстродействующего БУ фиг. 2 в среде LTspice при t=27°C, +Vcc=-Vee=10 В, Rload=1 МОм, I1= I2=200 мкА, I3= I4=100 мкА, для случая, когда с целью уменьшения статических токов эмиттера транзисторов VT5 и VT6 с 2,9 мА до 96 мкА в схему введены вспомогательные резисторы R1=R2= 88 Ом. In the drawing of FIG. 9 shows a particular circuit for simulating the proposed fast VU of FIG. 2 in LTspice environment at t=27°C, +Vcc=-Vee=10 V, R load =1 MΩ, I 1 =I 2 =200 μA, I 3 =I 4 =100 μA, for the case when to reduce the static currents of the emitter of transistors VT5 and VT6 from 2.9 mA to 96 μA, auxiliary resistors R1 = R2 = 88 Ohm are introduced into the circuit.

На чертеже фиг. 10 представлена логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи предлагаемого быстродействующего БУ фиг. 9.In the drawing of FIG. 10 shows the logarithmic frequency response of the gain of the proposed high-speed CU of FIG. 9.

На чертеже фиг. 11 приведена переходная характеристика переднего фронта предлагаемого быстродействующего БУ фиг. 9 в среде LTspice.In the drawing of FIG. 11 shows the transient response of the leading edge of the proposed high-speed control unit of FIG. 9 in the LTspice environment.

На чертеже фиг. 12 показана переходная характеристика заднего фронта предлагаемого быстродействующего БУ фиг. 9 в среде LTspice.In the drawing of FIG. 12 shows the transition response of the trailing edge of the proposed fast VU of FIG. 9 in the LTspice environment.

На чертеже фиг. 13 в таблице 2 представлены скорости нарастания предлагаемого БУ фиг. 9 для переднего и заднего фронтов.In the drawing of FIG. 13, Table 2 shows the slew rates of the proposed CU of FIG. 9 for leading and trailing edges.

На чертеже фиг. 14 приведена амплитудная характеристика предлагаемого быстродействующего БУ фиг. 9 в среде LTspice.In the drawing of FIG. 14 shows the amplitude characteristic of the proposed high-speed control unit of FIG. 9 in the LTspice environment.

Быстродействующий буферный усилитель с нелинейной коррекцией класса АВ фиг. 2 содержит вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 входные транзисторы, общая эмиттерная цепь которых связана через первый 5 источник опорного тока с первой 6 шиной источника питания, первое 7 токовое зеркало, согласованное со второй 8 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого 3 входного транзистора, а выход связан с коллектором второго 4 входного транзистора и базой первого 9 выходного транзистора, база первого 3 входного транзистора соединена со входом 1 устройства, а база второго 4 входного транзистора соединена с эмиттером первого 9 выходного транзистора и связана с выходом устройства 2, третий 10 и четвертый 11 входные транзисторы, общая эмиттерная цепь которых соединена через второй 12 источник опорного тока со второй 8 шиной источника питания, второе 13 токовое зеркало, согласованное с первой 6 шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором третьего 10 входного транзистора, а выход связан с коллектором четвертого 11 входного транзистора и базой второго 14 выходного транзистора, база третьего 10 входного транзистора подключена ко входу 1 устройства, а база четвертого 11 входного транзистора соединена с эмиттером второго 14 выходного транзистора и связана с выходом устройства 2, причем коллектор первого 9 выходного транзистора соединен со второй 8 шиной источника питания, а коллектор второго 14 выходного транзистора связан с первой 6 шиной источника питания. В схему введены первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 дополнительные транзисторы, базы первого 15 и второго 16 дополнительных транзисторов подключены к выходу 2 устройства, эмиттер первого 15 дополнительного транзистора соединен со второй 8 шиной источника питания через первый 19 дополнительный источник опорного тока и соединен с базой третьего 17 дополнительного транзистора, коллектор которого согласован со второй 8 шиной источника питания, эмиттер второго 16 дополнительного транзистора соединен с первой 6 шиной источника питания через второй 20 дополнительный источник опорного тока и соединен с базой четвертого 18 дополнительного транзистора, коллектор которого согласован с первой 6 шиной источника питания, коллектор второго 16 дополнительного транзистора соединен со второй 8 шиной источника питания, коллектор первого 15 дополнительного т транзистора связан с первой 6 шиной источника питания, эмиттер третьего 17 дополнительного транзистора соединен с объединенными эмиттерами третьего 10 и четвертого 11 входных транзисторов, а эмиттер четвертого 18 дополнительного транзистора соединен с объединенными эмиттерами первого 3 и второго 4 входных транзисторов. Резистор 21 моделирует свойства нагрузки Rн, подключаемой к выходу устройства 2.Fast buffer amplifier with class AB non-linear equalization of FIG. 2 contains input 1 and output 2 of the device, the first 3 and second 4 input transistors, the common emitter circuit of which is connected through the first 5 reference current source with the first 6 power supply bus, the first 7 current mirror, matched with the second 8 power supply bus, the input of which connected to the collector of the first 3 input transistor, and the output is connected to the collector of the second 4 input transistor and the base of the first 9 output transistor, the base of the first 3 input transistor is connected to the input 1 of the device, and the base of the second 4 input transistor is connected to the emitter of the first 9 output transistor and connected with the output of the device 2, the third 10 and fourth 11 input transistors, the common emitter circuit of which is connected through the second 12 reference current source with the second 8 power supply bus, the second 13 current mirror, matched with the first 6 power supply bus, the input of which is connected to the collector of the third 10 input transistor, and the output is connected to the collector of the fourth 11 input the base of the second 14 output transistor, the base of the third 10 input transistor is connected to input 1 of the device, and the base of the fourth 11 input transistor is connected to the emitter of the second 14 output transistor and is connected to the output of device 2, and the collector of the first 9 output transistor is connected to the second 8 power supply bus, and the collector of the second 14 output transistor is connected to the first 6 power supply bus. The first 15, second 16, third 17 and fourth 18 additional transistors are introduced into the circuit, the bases of the first 15 and second 16 additional transistors are connected to the output 2 of the device, the emitter of the first 15 additional transistor is connected to the second 8 power supply bus through the first 19 additional reference current source and is connected to the base of the third 17 additional transistor, the collector of which is matched with the second 8 bus of the power source, the emitter of the second 16 additional transistor is connected to the first 6 bus of the power source through the second 20 additional reference current source and is connected to the base of the fourth 18 additional transistor, the collector of which is matched with the first 6 power supply bus, the collector of the second 16 additional transistor is connected to the second 8 power supply bus, the collector of the first 15 additional t transistor is connected to the first 6 power supply bus, the emitter of the third 17 additional transistor is connected to the combined emitters and the third 10 and fourth 11 input transistors, and the emitter of the fourth additional transistor 18 is connected to the combined emitters of the first 3 and second 4 input transistors. Resistor 21 models the properties of the load Rn connected to the output of device 2.

Рассмотрим вначале работу схемы буферного усилителя – прототипа фиг. 1.Consider first the operation of the buffer amplifier circuit - the prototype of Fig. 1.

При импульсном изменении входного напряжения положительной полярности первый 3 входной транзистор практически мгновенно переключается - его эмиттерный и коллекторный токи становятся равными току первого 5 источника опорного тока, а второй 4 входной транзистор запирается по цепи эмиттера. Как следствие, суммарная емкость СΣ1 в высокоимпедансном узле Σ1 перезаряжается сравнительно малым током I5=2I0 и имеет «пилообразную» форму с крутизнойWith a pulsed change in the input voltage of positive polarity, the first 3rd input transistor switches almost instantly - its emitter and collector currents become equal to the current of the first 5th reference current source, and the second 4th input transistor is locked in the emitter circuit. As a result, the total capacitance С Σ1 in the high-impedance node Σ 1 is recharged by a relatively small current I 5 =2I 0 and has a "sawtooth" shape with a steepness

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
(1)

Как следствие, напряжение в высокоимпедансном узле Σ1 (uΣ1) передается через эмиттерный повторитель на первом 9 выходном транзисторе на выход 2 устройства. Поэтому максимальная скорость нарастания выходного напряжения БУ-прототипа также определяется формулой (1), из которой следует, что при фиксированных значениях

Figure 00000002
, которое определяется суммой емкостей база-коллектор первого 9 выходного и первого 4 входного транзисторов, в схеме известного БУ приходится увеличивать ток I5=2I0, что отрицательно сказывается на энергопотреблении БУ в статическом режиме. Об этом свидетельствуют графики переходных характеристик на чертежах фиг. 4 и фиг. 5, а также данные таблицы фиг. 6.As a consequence, the voltage in the high-impedance node Σ1(uΣ1) transmitted through the emitter follower on the first 9 output transistor to output 2 of the device. Therefore, the maximum slew rate of the output voltage of the CU prototype is also determined by formula (1), from which it follows that for fixed values
Figure 00000002
, which is determined by the sum of the capacitances of the base-collector of the first 9 output and first 4 input transistors, in the well-known CU circuit, it is necessary to increase the current I5=2I0, which negatively affects the power consumption of the CU in static mode. This is evidenced by the graphs of transient responses in the drawings of FIG. 4 and FIG. 5 as well as the data of the table of FIG. 6.

Введение новых элементов и связей между ними в соответствии с формулой изобретения позволяет повысить максимальную скорость нарастания выходного напряжения БУ фиг. 2 в 8-10 раз при сохранении статического токопотребления на уровне БУ-прототипа. Действительно, при импульсном изменении входного напряжения положительной полярности в схеме фиг. 2 импульсный коллекторный ток первого 3 входного транзистора не ограничивается уровнем I5=2I0 - к нему добавляется импульсный ток эмиттера iэ18 (+) открывающегося четвертого 18 дополнительного транзистора . Этот ток зависит от разности входного и выходного напряжения БУ. Когда эта разность велика (начальный участок переходного процесса), то ток iэ18 (+) принимает большие значения, что способствует более быстрому перезаряду паразитной емкости

Figure 00000002
в высокоимпедансном узле Σ1. Как следствие, это значительно повышает максимальную скорость нарастания напряжения на выходе 2 БУ. Об этом свидетельствуют графики переходного процесса на чертежах фиг. 11, а также данные таблицы 2 на чертеже фиг. 13, из которых следует, что SR увеличивается в 8 раз. The introduction of new elements and connections between them in accordance with the claims of the invention makes it possible to increase the maximum slew rate of the output voltage of the control unit of Fig. 2 by 8-10 times while maintaining the static current consumption at the level of the CU prototype. Indeed, with a pulsed change in the input voltage of positive polarity in the circuit of Fig. 2 pulse collector current of the first 3 input transistor is not limited to the level I 5 \u003d 2I 0 - the pulse current of the emitter i e18 (+) of the opening fourth 18 additional transistor is added to it. This current depends on the difference between the input and output voltage of the control unit. When this difference is large (the initial section of the transient), then the current i e18 (+) takes on large values, which contributes to a faster recharge of the parasitic capacitance
Figure 00000002
in a high-impedance node Σ 1 . As a consequence, this significantly increases the maximum rate of rise of the voltage at the output 2 of the VU. This is evidenced by the graphs of the transient process in the drawings of Fig. 11, as well as the data of table 2 in the drawing of FIG. 13, from which it follows that SR increases by 8 times.

При больших отрицательных импульсных сигналах получаются аналогичные результаты, что отражено на графиках фиг. 12 и в таблице 2 на чертеже фиг. 13 – максимальная скорость нарастания улучшается в 7,8 раз.With large negative pulse signals, similar results are obtained, which is reflected in the graphs of Fig. 12 and in table 2 in FIG. 13 - The maximum slew rate is improved by 7.8 times.

Введение в некоторых случаях вспомогательных резисторов R1, R2 в схеме фиг. 9 позволяет уменьшить статические коллекторные токи первого 9 и второго 14 выходных транзисторов до уровня менее 100 мкА. The introduction in some cases of auxiliary resistors R1, R2 in the circuit of FIG. 9 allows you to reduce the static collector currents of the first 9 and second 14 output transistors to a level of less than 100 μA.

Дальнейшее увеличение SR в рассматриваемой схеме БУ фиг. 2 в 10-100 раз возможно за счет уменьшения зоны нечувствительности нелинейных параллельных каналов на третьем 17 и четвертом 18 дополнительных транзисторах. Это можно осуществить включением дополнительных низкоомных резисторов или p-n переходов в эмиттеры транзисторов первого 15 и второго 16 дополнительных транзисторов, которые создадут начальное смещение эмиттерно-базовых переходов третьего 17 и четвертого 18 дополнительных транзисторов и обеспечат их переход из отсечки в активный режим при меньшей разности между входным и выходным напряжениями БУ. В конечном итоге такой схемотехнический прием позволяет получить более высокие значения SR в рассматриваемом БУ.A further increase in SR in the considered CU scheme of Fig. 2 10-100 times possible by reducing the dead zone of the nonlinear parallel channels on the third 17 and fourth 18 additional transistors. This can be done by turning on additional low-resistance resistors or p-n junctions in the emitters of the transistors of the first 15 and second 16 additional transistors, which will create an initial offset of the emitter-base junctions of the third 17 and fourth 18 additional transistors and ensure their transition from cutoff to active mode with a smaller difference between the input and output voltages of the control unit. Ultimately, such a circuit technique allows you to get higher values of SR in the considered CU.

Таким образом, предлагаемый буферный усилитель имеет существенные преимущества в сравнении с БУ-прототипом по быстродействию.Thus, the proposed buffer amplifier has significant advantages over the CU prototype in terms of speed.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКREFERENCES

1. Патент US 6.724.260, fig. 12, 2004 г.1. Patent US 6.724.260, fig. 12, 2004

2. Патент US 6.724.260 B2, fig. 12, 2004 г.2. Patent US 6.724.260 B2, fig. 12, 2004

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

4. Патент US 6.268.769, fig. 3, 2001 г.4. Patent US 6.268.769, fig. 3, 2001

5. Патент US 4.636.743, fig. 1, 1987 г.5. Patent US 4.636.743, fig. 1, 1987

6. Патент US 4.783.637, fig. 1, 1988 г.6. Patent US 4.783.637, fig. 1, 1988

7. Патент US 5.225.791, fig. 2, 1993 г.7. Patent US 5.225.791, fig. 2, 1993

8. Патент US 5.512.859, fig. 1, 1996 г.8. Patent US 5.512.859, fig. 1, 1996

9. Патент US 3.968.451, fig. 7, 1976 г.9. Patent US 3.968.451, fig. 7, 1976

10. Патент SU 1220105, fig. 1, 1982 г.10. Patent SU 1220105, fig. 1, 1982

Claims (1)

Быстродействующий буферный усилитель с нелинейной коррекцией класса АВ, содержащий вход (1) и выход (2) устройства, первый (3) и второй (4) входные транзисторы, общая эмиттерная цепь которых связана через первый (5) источник опорного тока с первой (6) шиной источника питания, первое (7) токовое зеркало, согласованное со второй (8) шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого (3) входного транзистора, а выход связан с коллектором второго (4) входного транзистора и базой первого (9) выходного транзистора, база первого (3) входного транзистора соединена со входом (1) устройства, а база второго (4) входного транзистора соединена с эмиттером первого (9) выходного транзистора и связана с выходом устройства (2), третий (10) и четвертый (11) входные транзисторы, общая эмиттерная цепь которых соединена через второй (12) источник опорного тока со второй (8) шиной источника питания, второе (13) токовое зеркало, согласованное с первой (6) шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором третьего (10) входного транзистора, а выход связан с коллектором четвертого (11) входного транзистора и базой второго (14) выходного транзистора, база третьего (10) входного транзистора подключена ко входу (1) устройства, а база четвертого (11) входного транзистора соединена с эмиттером второго (14) выходного транзистора и связана с выходом устройства (2), причем коллектор первого (9) выходного транзистора соединен со второй (8) шиной источника питания, а коллектор второго (14) выходного транзистора связан с первой (6) шиной источника питания, отличающийся тем, что в схему введены первый (15), второй (16), третий (17) и четвертый (18) дополнительные транзисторы, базы первого (15) и второго (16) дополнительных транзисторов подключены к выходу (2) устройства, эмиттер первого (15) дополнительного транзистора соединен со второй (8) шиной источника питания через первый (19) дополнительный источник опорного тока и соединен с базой третьего (17) дополнительного транзистора, коллектор которого согласован со второй (8) шиной источника питания, эмиттер второго (16) дополнительного транзистора соединен с первой (6) шиной источника питания через второй (20) дополнительный источник опорного тока и соединен с базой четвертого (18) дополнительного транзистора, коллектор которого согласован с первой (6) шиной источника питания, коллектор второго (16) дополнительного транзистора соединен со второй (8) шиной источника питания, коллектор первого (15) дополнительного транзистора связан с первой (6) шиной источника питания, эмиттер третьего (17) дополнительного транзистора соединен с объединенными эмиттерами третьего (10) и четвертого (11) входных транзисторов, а эмиттер четвертого (18) дополнительного транзистора соединен с объединенными эмиттерами первого (3) и второго (4) входных транзисторов.High-speed buffer amplifier with non-linear correction class AB, containing the input (1) and output (2) of the device, the first (3) and second (4) input transistors, the common emitter circuit of which is connected through the first (5) reference current source with the first (6 ) power supply bus, the first (7) current mirror matched with the second (8) power supply bus, the input of which is connected to the collector of the first (3) input transistor, and the output is connected to the collector of the second (4) input transistor and the base of the first (9 ) output transistor, the base of the first (3) input transistor is connected to the input (1) of the device, and the base of the second (4) input transistor is connected to the emitter of the first (9) output transistor and is connected to the output of the device (2), the third (10) and fourth (11) input transistors, the common emitter circuit of which is connected through the second (12) reference current source to the second (8) power supply bus, the second (13) current mirror matched with the first (6) power supply bus, input which is connected to the collector of the third (10) input transistor, and the output is connected to the collector of the fourth (11) input transistor and the base of the second (14) output transistor, the base of the third (10) input transistor is connected to the input (1) of the device, and the base of the fourth ( 11) of the input transistor is connected to the emitter of the second (14) output transistor and is connected to the output of the device (2), wherein the collector of the first (9) output transistor is connected to the second (8) power supply bus, and the collector of the second (14) output transistor is connected to the first (6) power supply bus, characterized in that the first (15), second (16), third (17) and fourth (18) additional transistors are introduced into the circuit, the bases of the first (15) and second (16) additional transistors are connected to the output (2) of the device, the emitter of the first (15) additional transistor is connected to the second (8) power supply bus through the first (19) additional reference current source and connected to the base of the third (17) additionally th transistor, the collector of which is matched with the second (8) power supply bus, the emitter of the second (16) additional transistor is connected to the first (6) power supply bus through the second (20) additional reference current source and is connected to the base of the fourth (18) additional transistor , the collector of which is matched with the first (6) power supply bus, the collector of the second (16) additional transistor is connected to the second (8) power supply bus, the collector of the first (15) additional transistor is connected to the first (6) power supply bus, the emitter of the third ( 17) of the additional transistor is connected to the combined emitters of the third (10) and fourth (11) input transistors, and the emitter of the fourth (18) additional transistor is connected to the combined emitters of the first (3) and second (4) input transistors.
RU2022132185A 2022-12-08 High-speed buffer amplifier with nonlinear correction class ab RU2790615C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790615C1 true RU2790615C1 (en) 2023-02-28

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5378938A (en) * 1993-02-05 1995-01-03 Hughes Aircraft Company Sample-and-hold circuit including push-pull transconductance amplifier and current mirrors for parallel feed-forward slew enhancement and error correction
US6724260B2 (en) * 2002-03-28 2004-04-20 Texas Instruments Incorporated Low power current feedback amplifier
US20090039961A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Texas Instruments Incorporated Low quiescent current output stage and method with improved output drive
RU2615066C1 (en) * 2015-10-13 2017-04-03 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Operational amplifier
RU2668985C1 (en) * 2017-11-09 2018-10-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Quick-acting buffer amplifier
RU2687161C1 (en) * 2018-07-23 2019-05-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Buffer amplifier for operation at low temperatures

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5378938A (en) * 1993-02-05 1995-01-03 Hughes Aircraft Company Sample-and-hold circuit including push-pull transconductance amplifier and current mirrors for parallel feed-forward slew enhancement and error correction
US6724260B2 (en) * 2002-03-28 2004-04-20 Texas Instruments Incorporated Low power current feedback amplifier
US20090039961A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Texas Instruments Incorporated Low quiescent current output stage and method with improved output drive
RU2615066C1 (en) * 2015-10-13 2017-04-03 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Operational amplifier
RU2668985C1 (en) * 2017-11-09 2018-10-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Quick-acting buffer amplifier
RU2687161C1 (en) * 2018-07-23 2019-05-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Buffer amplifier for operation at low temperatures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4333058A (en) Operational amplifier employing complementary field-effect transistors
JP2885151B2 (en) Operational amplifier
US4431972A (en) Push-pull amplifier
JP3666377B2 (en) Operational amplifier
CN110687950B (en) Source follower circuit and buffer circuit
EP0284092A2 (en) Differential Amplifier
KR100361251B1 (en) Operational amplifier
RU2790615C1 (en) High-speed buffer amplifier with nonlinear correction class ab
US6472908B1 (en) Differential output driver circuit and method for same
US4004245A (en) Wide common mode range differential amplifier
JP3492891B2 (en) Output circuit device
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2790616C1 (en) Fast buffer ab class amplifier
JP3147082B2 (en) Differential amplifier circuit
RU2310268C1 (en) Low-voltage powered cascade differential amplifier
JPH0618293B2 (en) Operational amplifier
RU2710846C1 (en) Composite transistor based on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2668968C1 (en) Fast-acting differential operating amplifier for operation at low temperatures
RU2802051C1 (en) High-speed op-amplifier output stage
JPH08307224A (en) Operational amplifier circuit
RU2797168C1 (en) High-speed operational amplifier with differentiated correction circuits in bridge input differential cascade
US6316999B1 (en) Operational amplifier
RU2784045C1 (en) Source voltage follower with a low systematic zero offset voltage component
RU2309531C1 (en) Differential amplifier with expanded range of cophased signal change
RU2822112C1 (en) High-speed operational amplifier