SU1690172A2 - Amplifier - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиотехнике. Цель изобретени  - уменьшение входных токов смещени  без ухудшени  быстродействи . Усилитель содержит транзисторы 1, 2, 3, 4, 7 и 8, резисторы 5 и 6, источник 9 смещени , управл емые источники 10 и 11 тока, элемент 12 смещени  и выходной каскад 13. Сущность уменьшени  входных токов заключаетс  в обеспечении таких начальных коллекторных токов входных транзисторов 1, 2 и 3, 4, при которых разность их базовых токов была бы равна нулю. Дл  реализации этого услови  элемент 12 смещени , источник 9 и соединение усилительных элементов в каждой половине входного каскада (т.е. транзисторов 1, 3, 7 и 2, 3, 8) выполнены подобными по структуре. 1 ил.The invention relates to radio engineering. The purpose of the invention is to reduce input bias currents without impairing the speed. The amplifier contains transistors 1, 2, 3, 4, 7 and 8, resistors 5 and 6, bias source 9, controlled current sources 10 and 11, bias element 12 and output stage 13. The essence of reducing the input currents is to provide such initial collector currents. currents of input transistors 1, 2 and 3, 4, at which the difference of their base currents would be zero. To implement this condition, the bias element 12, the source 9 and the connection of the amplifying elements in each half of the input stage (i.e. transistors 1, 3, 7 and 2, 3, 8) are made similar in structure. 1 il.

Description

Изобретение относится к радиотехнике, может использоваться для усиления электрических сигналов с высоким быстродействием в системах с ограниченным ресурсом питания и является усовершенствованием устройства по п. 1 авт. св. № 1580527.The invention relates to radio engineering, can be used to amplify high-speed electrical signals in systems with a limited power supply and is an improvement of the device according to claim 1, author St. No. 1580527.

Цель изобретения - уменьшение входных токов смещения без ухудшения быстродействия.The purpose of the invention is the reduction of input bias currents without compromising performance.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема усилителя.The drawing shows a circuit diagram of an amplifier.

Усилитель содержит первый и второй транзисторы 1 и 2 n-p-п-типа, третий и четвертый транзисторы 3 и 4 p-n-p-типа, первый и второй резисторы 5 и 6, пятый и шестой транзисторы 7 и 8 n-p-n-типа, источник 9 смещения, первый и второй управляемые источники 10 и 11 тока, элемент 12 смещения, выходной каскад 13, выполненный на седьмом транзисторе 14 р-п-р-типа. восьмом транзисторе 15 n-p-n-типа и двухтактном усилителе тока, при этом источник 9 смещения выполнен на девятом транзисторе 16 n-p-n-типа, десятом транзисторе 17 p-n-p-типа и прямосмещенном диоде 18, элемент 12 смещения выполнен на одиннадцатом транзисторе 19 n-p-n-типа, двенадцатом транзисторе 20 р-п-р-типа, тринадцатом, четырнадцатом транзисторах 21 и 22 n-p-n-типа и токозадающем элементе 23, а также источник 24 тока, включенный параллельно транзистору 15 выходного каскада 13.The amplifier contains the first and second npn type transistors 1 and 2, the third and fourth pnp type transistors 3 and 4, the first and second resistors 5 and 6, the fifth and sixth npn type transistors 7 and 8, the bias source 9, the first and the second controlled sources of current 10 and 11, the bias element 12, the output stage 13, made on the seventh pn pn type transistor 14. the eighth npn-type transistor 15 and a push-pull current amplifier, wherein the bias source 9 is made on the ninth npn-type transistor 16, the tenth pnp-type transistor 17 and the forward biased diode 18, the bias element 12 is made on the eleventh npn-type transistor 19, the twelfth transistor 20 rpnr-type, thirteenth, fourteenth transistors 21 and 22 of npn type and a current-sensing element 23, as well as a current source 24, connected in parallel to the transistor 15 of the output stage 13.

Усилитель работает следующим образом.The amplifier operates as follows.

Допустим, что параметры всех транзисторов каждого типа хорошо согласованы, а площади эмиттеров этих транзисторов и диодов кратны S. Возможный вариант конкретного соотношения геометрических размеров транзисторов и диодов на единой подложке показан на чертеже. Сущность уменьшения входных токов заключается в обеспечении таких начальных коллекторных токов входных транзисторов 1, 2 и 3, 4, чтобы разность их базовых токов была равна нулю. Для реализации этого условия элемент 12 смещения, источник 9 смещения и соединение усилительных элементов в каждой половине входного каскада (т.е. транзисторов 1, 3, 7 и 2, 4, 8) выполнены подобными по структуре. Элемент 12 смещения формирует токи 1_п и 1_р, равные коллекторным токам транзисторов 19 и 20 при равенстве их базовых токов, что обусловлено соответствующим включением этих транзисторов, Величина тока 1_П задается непосредственно токозадающим элементом 23, ток (р является производным. С по мощью транзисторов 21 и 22, имеющих равные площади эмиттеров, ток !_р делится пополам.Suppose that the parameters of all transistors of each type are well consistent, and the emitter areas of these transistors and diodes are multiples of S. A possible variant of a specific ratio of the geometric dimensions of transistors and diodes on a single substrate is shown in the drawing. The essence of reducing the input currents is to provide such initial collector currents of the input transistors 1, 2, and 3, 4 so that the difference in their base currents is zero. To implement this condition, the bias element 12, the bias source 9 and the connection of the amplifying elements in each half of the input stage (i.e., transistors 1, 3, 7 and 2, 4, 8) are made similar in structure. Element 12 bias generates currents 1 _n, 1 _p, equal collector currents of transistors 19 and 20 with equal their base currents, due to a corresponding switching of these transistors, current is 1 _n is given directly voltage driving element 23, the current (p is derived. By means transistors 21 and 22, having equal emitter areas, the current! _p is divided in half.

За счет соответствтующих связей элемента 12 смещения с входами управляемых источников 10 и 11 тока (УИТ) выходныетоки УИТ 10 и 11 с учетом коллекторных токов транзисторов 8 и 3 составляют соответственно i_p + In и 2in + 1_Р. Очевидно, что весь выходной ток УИТ 10 протекает по источнику 9 смещения и вычитается из выходного тока УИТ 11. Остаток равен (_п< и он втекает в объединенные эмиттеры транзисторов 1 и 2. Следовательно, ток смещения каждого входного транзистора n-p-n-типа равен ln/2 и, чтобы входной ток смещения усилителя стал равным нулю, коллекторные токи транзисторов 3 и 4 должны быть равны 1_Р/2. Начальный ток смещения транзисторов задается за счет падения напряжения на источнике 9 смещения. Поскольку общий ток, протекающий по элементам этого источника 9, равен l_p + In, а его элементы согласованы с элементом 12 смещения, выходной ток УИТ 10 распределится таким образом, что по транзистору 16 будет протекать ток In. а по транзистору 17 и диоду 18 - ток Ip. Так как транзисторы 7 и 8 согласованы с диодом 18, а транзисторы 3 и 4 - с транзистором 17, причем транзисторы 3, 4, 7 и 8 имеют вдвое меньшую площадь эмиттера, их начальный ток смещения равен l_p/2, что и обуславливает теоретически величину входных токов смещения усилителя, равную нулю. Распределение токов в различных цепях усилителя в режиме покоя можно проследить непосредственно по чертежу.Due to the corresponding connections of the bias element 12 with the inputs of the controlled current sources 10 and 11 (UIT), the output currents of the UIT 10 and 11, taking into account the collector currents of transistors 8 and 3, are respectively i _p + In and 2in + 1 _P. Obviously, the entire output current of the UIT 10 flows through the bias source 9 and is subtracted from the output current of the UIT 11. The remainder is equal to ( _{n <} and it flows into the combined emitters of transistors 1 and 2. Therefore, the bias current of each npn type input transistor is ln / 2 and so that the input bias current of the amplifier becomes equal to zero, the collector currents of transistors 3 and 4 must be equal to 1 _P / 2. The initial bias current of the transistors is set due to the voltage drop at the bias source 9. Since the total current flowing through the elements of this source 9 , is equal to l _p + In, and its elements are consistent with the bias element 12, the output current of the UIT 10 is distributed so that the current In flows through the transistor 16. And the current Ip flows through the transistor 17 and the diode 18. Since the transistors 7 and 8 are matched with the diode 18, and the transistors 3 and 4 - with transistor 17, and transistors 3, 4, 7 and 8 have half the emitter area, their initial bias current is equal to l _p / 2, which theoretically determines the input bias currents of the amplifier equal to zero. The distribution of currents in various circuits of the amplifier in standby mode can be traced directly from the drawing.

Реально из-за неточностей согласования и необходимости установки резисторов 5 и 6, сопротивление которых нельзя сделать меньшим 150-200 Ом, входные токи смещения уменьшаются в конечное число раз. В случае неинвертирующего включения усилителя напряжения коллектор - база входных транзисторов 1, 2 и 3. 4 при наличии синфазного сигнала становятся неодинаковыми, что приводит к увеличению входных токов смещения и изменению их знака в зависимости от величины и полярности входного синфазного сигнала. Этот недостаток может быть устранен с помощью транзисторов р-п-р- и n-p-n-типа, включаемых в коллекторные цепи транзисторов 3. 4 и 1,2 соответственно по схеме с ОБ, причем базы дополнительных транзисторов соединяются с эмиттерами транзисторов 1 и 2 и с базами транзисторов 7 и 8 соответственно. Включение этихтранзисторов позволяет поддерживать постоянным напряжение коллектор - база входных транзисторов 1Actually, due to inaccuracies in coordination and the need to install resistors 5 and 6, the resistance of which cannot be made less than 150-200 Ohms, the input bias currents are reduced by a finite number of times. In the case of non-inverting switching on of the voltage amplifier, the collector - base of the input transistors 1, 2 and 3. 4 in the presence of a common-mode signal become unequal, which leads to an increase in the input bias currents and a change in their sign depending on the magnitude and polarity of the input common-mode signal. This disadvantage can be eliminated with the help of pnp and npn-type transistors, included in the collector circuits of transistors 3. 4 and 1.2, respectively, according to the scheme with OB, and the bases of additional transistors are connected to the emitters of transistors 1 and 2 and with bases of transistors 7 and 8, respectively. The inclusion of these transistors allows you to maintain a constant voltage collector - the base of the input transistors 1

4. в результате чего модуляция входных токов синфазным сигналом исключается. Для увеличения точности компенсации входных токов в усилителе возможно также применение ряда симметрирующих элементов, в частности диодов.4. As a result, the modulation of the input currents by the common-mode signal is excluded. To increase the accuracy of compensation of input currents in the amplifier, it is also possible to use a number of balancing elements, in particular diodes.

При реализации предлагаемого метода снижения входных токов смещения коллекторные токи транзисторов 14 и 15 оказываются неравными. Чтобы это не приводило к возникновению дополнительного сдвига, в выходной каскад 13 введен источник 24 тока. Если транзистор 15 выполнить с удвоенной площадью эмиттера, то источник 24 тока следует включить между положительной шиной питания и коллектором транзистора 14.When implementing the proposed method of reducing the input bias currents, the collector currents of the transistors 14 and 15 are unequal. So that this does not lead to the appearance of an additional shift, a current source 24 is introduced into the output stage 13. If the transistor 15 is performed with a doubled emitter area, then the current source 24 should be connected between the positive power bus and the collector of the transistor 14.

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Усилитель по п. 1 авт. св. № 1580527, отличающийся тем, что, с целью уменьшения входных токов смещения без ухудшения быстродействия, источник смещения выполнен на девятом и десятом транзисторах п-р-п- и p-n-p-типов соответственно, базы которых соединены, при этом эмиттер десятого транзистора р-п-р-типа через прямосмещенный диод соединен с коллектором девятого транзистора п-р-птипа, являющимся первым выводом источника смещения, вторым выводом которого являются соединенные эмиттер девятого и коллектор десятого транзисторов п-р-п- и р-п-р-типов соответственно, элемент смещения выполнен на одиннадцатом и двенадцатом транзисторах п-р-п- и р-п-р-типов соответственно, базы которых соединены, а также на тринадцатом и четырнадцатом транзисторах п-р-п-типа, базы которых подключены к коллектору одиннадцатого транзистора n-p-n-типа и к первому выводу токозадающего элемента, второй вывод которого является первым выводом элемента смещения и соединен с коллектором тринадцатого транзистора n-p-n-типа, эмиттер которого подключен к эмиттерам двенадцатого и четырнадцатого транзисторов р-п-р- и n-p-n-типов, коллекторы которых соединены с отрицательной и положительной шинами источника питания соответственно, эмиттер одиннадцатого транзистора n-p-n-типа является вторым выводом элемента смещения, при этом между входом двухконтактного усилителя тока и одной из шин источника питания включен введенный источник тока.The amplifier according to claim 1, author. St. No. 1580527, characterized in that, in order to reduce the input bias currents without sacrificing performance, the bias source is made on the ninth and tenth transistors of pnp and pnp types, respectively, the bases of which are connected, while the emitter of the tenth transistor pn -p-type through a forward-biased diode is connected to the collector of the ninth transistor of the p-p-bird, which is the first output of the bias source, the second output of which is the connected emitter of the ninth and the collector of the tenth transistors of the p-p-p-p and p-p-p-type, respectively offset element niya is made on the eleventh and twelfth transistors of the rnp and rpn types, respectively, the bases of which are connected, as well as on the thirteenth and fourteenth transistors of the rpn type, the bases of which are connected to the collector of the eleventh npn transistor -type and to the first output of the current-sensing element, the second output of which is the first output of the bias element and is connected to the collector of the thirteenth npn type transistor, the emitter of which is connected to the emitters of the twelfth and fourteenth transistors of pnp and npn types, whose collectors are connected with the negative and positive buses of the power source, respectively, the emitter of the eleventh n-p-n-type transistor is the second output of the bias element, while the input current source is connected between the input of the two-pin current amplifier and one of the busbars of the power source.