Изобретение относится к области радиотехники и связи, а более конкретно к устройствам усиления сигналов широкого динамического диапазона, и может быть использовано при разработке аналоговых микросхем различного применения.
Известны операционные усилители (ОУ), имеющие повышенное быстродействие, но имеющие более низкую статическую точность и более высокое энергопотребление [1].
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является операционный усилитель, приведенный в [2]. На фиг.1 приведена упрощенная структурная схема прототипа, содержащая входной дифференциальный каскад ДК с расширенным диапазоном активной работы, выходы которого подключены ко входам первого ПТ1 и второго ПТ2 усилителей тока, первый ЭП1 и второй ЭП2 параллельно включенные составные эмиттерные повторители, включающие соответственно первый VT1 и второй VT3 входные и третий VT2 и четвертый VT4 выходные транзисторы разного типа проводимости, а также первый УИТ1 и второй УИТ2 управляемые источники тока в эмиттерной цепи первого и второго входных транзисторов, базы которых подключены к точке соединения выходов первого и второго усилителей тока.
Недостатком прототипа является более низкая скорость нарастания выходного напряжения и статическая точность.
Целью настоящего изобретения является расширение диапазона активной работы операционного усилителя и, как следствие, повышение быстродействия в нелинейных режимах.
Указанная цель достигается тем, что в схеме прототипа, содержащей входной дифференциальный каскад с расширенным диапазоном активной работы, выходы которого подключены ко входам первого ПТ1 и второго ПТ2 усилителей тока, первый ЭП1 и второй ЭП2 параллельно включенные составные эмиттерные повторители, включающие соответственно первый VT1 и второй VT2 входные и третий VT3 и четвертый VT4 выходные транзисторы разного типа проводимости, а также первый УИТ1 и второй УИТ2 управляемые источники тока в эмиттерной цепи первого VT1 и второго VT2 входных транзисторов, базы которых подключены к точке соединения выходов первого ПТ1 и второго ПТ2 усилителей тока, для повышения быстродействия в нелинейных режимах введены первый и второй дополнительные n-р-n и р-n-р транзисторы, эмиттеры которых соединены с эмиттерами выходных транзисторов составных эмиттерных повторителей, базы подключены к точке соединения выходов усилителей тока, а коллекторы соединены с управляющими входами первого (Вх.уит.1) и второго (Вх.уит.2) управляемых источников тока в эмиттерной цепи первого и второго входных транзисторов составных эмиттерных повторителей.
Предлагаемый ОУ по пунктам 1 и 2 формулы изобретения (фиг.2) содержит входной дифференциальный каскад 1 с расширенным диапазоном активной работы, входы которого являются входами устройства, выходы которого 2 и 3 подключены соответственно ко входам первого 4 и второго 5 усилителей тока, первый 6 и второй 7 параллельно включенные составные эмиттерные повторители, включающие соответственно первый 8 и второй 9 входные и третий 10 и четвертый 11 выходные транзисторы разного типа проводимости, а также первый 12 и второй 13 управляемые источники тока в эмиттерной цепи первого 8 и второго 9 входных транзисторов, базы которых подключены к выходам первого 4 и второго 5 усилителей тока, а также дополнительные n-р-n 14 и р-n-р 15 транзисторы, эмиттеры которых через дополнительные резисторы 16 и 17 соединены с эмиттерами выходных транзисторов составных эмиттерных повторителей, базы подключены к точке соединения выходов первого 4 и второго 5 усилителей тока, а коллекторы соединены с управляющими входами первого 12 и второго 13 управляемых источников тока в эмиттерной цепи первого 8 и второго 9 входных транзисторов составных эмиттерных повторителей.
В заявляемом ОУ в соответствии с пунктом 3 формулы изобретения базы первого 14 и второго 15 дополнительных транзисторов подключены к объединенным выходам первого 4 и второго 5 усилителей тока через первый 6 и второй 7 согласующие эмиттерные повторители (фиг.3).
Схема заявляемого ОУ (фиг.2) работает следующим образом. В статическом режиме транзисторы 14 и 15 закрыты. Ток цепей установления статического режима ДК Iset протекает в ветвях усилителя и задает статический режим. Если его выбрать на уровне единиц-десятков микроампер, то численные значения максимального тока в нагрузке для отрицательной полуволны входного напряжения I
Если ток нагрузки iн мал - то транзистор 14 выключен и не влияет на работу схемы. Когда нужно получить большие токи в нагрузке, происходит автоматическое изменение структуры выходной подсхемы - выключается транзистор 8, а транзистор 14 переходит в активный режим и образует на базе транзистора 10 и повторителя тока 4, УИТ 12 новый составной транзистор, способный обеспечить более высокие токи в нагрузке.
Рассмотрим работу схемы в широком диапазоне изменения сигналов. При малых входных сигналах (Uвх<U
где β 1 - коэффициент усиления тока базы транзистора 8, транзистор 8 войдет в режим отсечки, и дальнейшее приращение Uвx не будет передаваться в нагрузку. На проходной характеристике ОУ формируется зона нечувствительности. Как следствие, при входном напряжении Uп1=U
где Кi.ПТ1≈1 - коэффициент усиления по току первого повторителя тока 4;
I
Следует заметить, что увеличение максимальных токов в нагрузке обеспечивается практически без ухудшения диапазона изменения выходного напряжения Um=U
Для уменьшения зоны нечувствительности на проходной характеристике ОУ необходимо установить небольшое начальное смещение эмиттерного перехода транзисторов 14 (15), например, так, как это сделано на фиг.3. В этой схеме транзистор 8* обеспечивает не только начальный статический режим транзистора 14, но и вместе с усилителем тока 12 минимизирует зависимость I
Таким образом, проведенный анализ и экспериментальные исследования на основе компьютерного моделирования в среде Pspise 8.0 показывают, что достигается заявленный технический результат - расширение диапазона активной работы, что позволяет повысить скорость нарастания выходного напряжения и улучшить динамические параметры ОУ в нелинейных режимах за счет ускорения процессов перезаряда паразитных емкостей (или емкостей нагрузки) при малом энергопотреблении прежде всего в промежуточном и выходном каскадах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Интегральные микросхемы: Справочник Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В. Тарабрина. 2-ое изд., испр. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 528 с.: ил. С.409, 437.
2. Операционные усилители и компараторы. М.: Издательский дом “Додека”, 2001. - 560 с.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ВХОДНОЙ КАСКАД БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ С НЕЛИНЕЙНОЙ ТОКОВОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ | 2006 |
|
RU2321157C1 |
Усилитель | 1991 |
|
SU1818678A1 |
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ | 2003 |
|
RU2257002C2 |
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПЕРЕДАЧИ РЕШАЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ | 2014 |
|
RU2573241C1 |
Троичный счетный триггер | 1979 |
|
SU864503A1 |
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ | 2003 |
|
RU2248085C1 |
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ | 2003 |
|
RU2234796C1 |
КАСКОДНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С НИЗКОВОЛЬТНЫМ ПИТАНИЕМ | 2006 |
|
RU2310268C1 |
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО СИНФАЗНОМУ СИГНАЛУ | 2006 |
|
RU2310269C1 |
УНИВЕРСАЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО АГАТ-Ц-УЗУ И СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ, ПОДКЛЮЧАЕМОГО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫХОДЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА | 1992 |
|
RU2042247C1 |
Изобретение относится к радиотехнике и связи для использования в аналоговых микросхемах различного применения. Технический результат заключается в расширении диапазона активной работы и повышении быстродействия в нелинейных режимах. Устройство содержит входной дифференциальный каскад 1 с расширенным диапазоном активной работы, выходы которого подключены ко входам усилителей тока (УТ) 4, 5, параллельно включенные составные эмиттерные повторители (СЭП) 6, 7, включающие входные транзисторы (Т) 8, 9 и выходные Т 10, 11 разного типа проводимости, а также управляемые источники тока (УИТ) 12, 13 в эмиттерной цепи Т 8, 9, базы которых подключены к объединенным выходам УТ 4, 5, а также дополнительные n-р-n и р-n-р Т 14, 15, эмиттеры которых через резисторы 16, 17 соединены с эмиттерами Т 10, 11 СЭП 6, 7, базы подключены к точке соединения выходов УТ 4, 5, а коллекторы соединены с управляющими входами УИТ 12, 13 в эмиттерной цепи Т 8, 9 СЭП 6, 7. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Способ и приспособление для нагревания хлебопекарных камер | 1923 |
|
SU2003A1 |
Авторы
Даты
2004-08-20—Публикация
2003-05-07—Подача