Дифференциальный усилитель Советский патент 1984 года по МПК H03F3/45 

Изобретение относится к радиотёх.нике и может использоваться в качестве входных каскадов быстродействующих операционных усилителей.

Известен дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы, содержащий в каждом плече входной транзистор, цепь нелинейной коррекции, выходной транзистор и генератор тока в коллекторной цепи выходного транзистора, а коллекторы входных тра;1зисторов объединены и подключены к входу повторителя тока, вьаход которого соединен с объединенг ными базами выходных транзисторов Cli

Однако такой усилитель характеризуется неудовлетворительными параметрами АО дрейфу и ослаблению синфазных сигналов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является дифференциальный усилитель (ДУ), содержащий первый и второй транзисторы, при этом коллектор первого транзистора соединен с входами соответственно первого выходного повторителя тока и первого повторителя тока, выход которого соединен с входом первого усилителя тока, коллектор второго транзистора соединен с входом второго выходного повторителя тока, генератор тока и второй усилитель тока, выводы питания которых, а также выводы питания первого усилителя тока подключены к первой шине источника питания, при этом выход второго усилителя тока подключен к эмиттеру второго транзистора, а выводы питания первого и второго выходных повторителей тока и первого повторителя тока подключены к второй шине источника питания С21.

Недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет большое число изломов на характеристике передачи вЬ1Ч -в. ) Последнее отрицательно сказывается на быстродействии операционных усилителей, увеличивает коэффициент гармоник конверторов напряжение-ток, реализуемых на основе, ДУ и т.п. Действительно, второй усилитель тока в известном устройстве управляется непосредственно с входа усилителя. Как следствие для уменьшения влияния его остаточных токов на параметры ДУ приходится выбирать большие напряжения его включения. В результате характеристика передачи ДУ имеет полочку в области средних входных напряжений.

Цель изобретения - повышение линеййости характеристики передачи,

Поставленная цель достигается тем что в дифференциальный усилитель, содержащий первый и второй транзисторы, при этом коллектор первого транзистора соединен с входг1ми соответственно первого выходного повторителя тока и первого повторителя тока, выход которого соединен с входом первого усилителя тока, коллектор второго транзистора соединен с входом второго выходного повторителя тока, генератор тока и второй усилитель тока, выводы питания которых, а также выводы питания первого усилителя тока подключены к первой шине источника питания, при этом выход второго усилителя тока подключен к эмиттеру второго транзистора, а выво,цы питания первого и второго выходных повторителей тока и первого повторителя тока подключены к второй шине источника питания, введены первы и второй резисторы и второй повторитель тока, вход которого соедине с коллектором второго транзистора, выводаа питания - с второй шиной источника питания, а выход -, с входом второго усилителя тока, причем выход первого усилителя тока соединен с эмиттером первого транзистора и через последовательно соединенные первый и второй резисторы, точка соединения которых подключена к выходу генератора тока, - с эмиттером второго транзистора, при этом первый и второй усилители тока выполнены с зоной нечувствительности.

Кроме того, первый и второй уч::илители тока каждый выполнены на первом дополнительном транзисторе, имеющем р-П-р структуру, включенном по схеме с общим коллектором, на втором дополнительном транзисторе, имекяцем структуру, включенном по схеме с общей базой, эмиттер которого соединен с эмиттером первого дополнительного транзистора, а коллектор является выходом соответствующего усилителя тока, и на диоде, анод которого соединен с базой аервого дополнительного транзистора, являквдейся. входом соответствующего усилителя тока, при этом катод диода и база второго дополнительного т анзистора соединены с источником смещения,

На фиг, 1 представлена принципиальная электрическая схема дифференциального усилителя; на фигс 2 - графики характеристики передачи первого и второго усилителей тока; на фиг.З график характеристики передачи дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель содержит первый и второй транзисторы 1 и 2, первый и второй повторители 3 и 4 тока, первый и второй выходные повторители тока 5 и 6, первый и второй усилители 7 и 8 тока, генератор 9 тока, первый и второй резисторы 10 и 11, первую и вторую шины 12 к 13 источника питания; первый (второй) усилитель тока выполнен на первом 5 дополнительном транзисторе 14, на втором дополнительном транзисторе 15 диодк 16, источник 17 смещения. Дифференциальный усилитель работает следующим образом. В статическом режиме () первый и второй усилитея-и 7 и 8 тока вы ключены. Их выходной ток близок к нулю (фиг. 2). Поэтому первый и второй усилители 7 и 8 тока на влияют на дрейфовые и малосигнальные параметры ДУ. . Вьлходной ток генератора 9 тока .Оа перераспределяется между первым и .BTOpfcw транзисторами 1 и 2 м Э г-§2- (1) где fJ3ii2 коллекторные токи соот ветственно первого и второго транзисторов в статическом режиме. Под действием Uer О коллекторный ток первого транзистора 1 увеличивается, а второго транзистора 2 уменьшается,i.-ivR«.R« Р) где rt.) .1 входное сопротивление соответственно первог и второго транзисторов в схеме с общей базой, . Ток 1м поступает на вход первого вы ходного повторителя .5 тока к передается км на выход ДУ IBNVV-M(3) На характеристике передачи ) (фиг. 3) появляется первый участок с углем наклона у, который определяется знаменателем формулы (2). Приращения и tcij будут поступать и на входы первого и второго усилителей 7 и 8 тока через соответственно первый и второй повторители тока. В результате суммарный входной ток первого усилителя 7 тока будет увеличиваться, а второго усилителя 8 тока - уменьшаться. При некотором уровне входного тока (фиг. 2) второй усилитель 8 тока войдет в активный режим. Это приведет к включению отрицательной обратной связи, стабилизирующей ток во втором транзисторе 2, Следовательно, дальнейшее увеличение входного напряжения не приведет к запиранию второго транзистора 2, Шакод второго усилителя 8 тока при этом превргидается в выход высококачественного стабилизатора напряжения. Нашряжение на эмиттере второго транзистора 2 будет поддерживаться постоянным, -Поэтому все дальнейшее приращение будет приложено к первому и второму резисторам 10, 11 и переходу эмиттер-база первого транзистора 1. На характеристике передачи (Фиг. 3) появится второй учаток с углом наклона г ..Х.. Сравнение (2) и (4) показывает, что .) Кроме того, при отрнцательньЬс уровнях углы наклона характеристики передачи также оЛределяются суммой сопротивлений первого и второго резисторов 10 и 11. Это повышает ее линейность. Особенность предлагаемого ДУ состоит также в том, что у него отсутствует полочка на характеристике передачи в области средних входных напряжений. Пороговый ток- первого, и второго усилителей 7 и 8 тока 2г (фиг. 2) может выбираться несколько меньше чем Ов/2 (на 15-20%). При таком пороговом токе граница первого и второго участков характеристики, передачи (фиг. 3) будет близка кирр 25-50 мВ, т.е. согласование участков произойдет в области малых входных сигналов (U6Ti2550 MB), Таким образом, предлагаемый дифференциальный усилитель имеет линейность характеристики передачи, при одновременном уменьшение тока потребления, повыкоении быстродействия, улучшении статических параметров ДУ.

И

-о

1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий первый и второй транзисторы, при этом коллектор первого транзистора соединен с входами соответственно первого выходного повторителя тока и первого повторителя тока, выход которого соединен с входом первого усилителя тока, коллектор второго транзистора соединен с входом второго выходного повторителя тока, генератор тока и второй -усилитель тока, выводы питания которых, а также выводы питания первого усилителя тока подключены к первой шине источника питания, при этом выход второго усилителя тока подключен к эмиттеру второго транзистора, а выводы питания первого и второго выходных повторителей тока и первого повторителя тока подключены к второй шине источника питания, о т л и ч а-г ю щ и Д с я тем, что, с целью повышение линейности характеристики передачи, в него введены первый и второй резисторы и второй повторитель тока, вход которого соединен с коллектором второго транзистора, выводы питания - с второй шиной источника питания, а выход - с входом второго . усилителя тока, причем выход первого усилителя тока соединен с эмиттером первого транзистора и через последовательно соединенные первый и второй резисторы, точка соединения которых подключена к выходу генератора тока, - с эмиттером второго транзистора, при этом первый и второй усилители тока выполнены с зоной нечувствительности. «Л 2. Усилитель по п. 1,отличающийс я тем, что первый и второй усилители тока каждый выполнены на первом дополнительном транзисторе, имеющем р-а-р структуру, включенном по схеме с общим уэллектором, на втором дополннтельном транзисторе, имеющем п-р-п. структуРУ/ включенном по с общей базой, эмиттер которого соединен с а эмиттере первого дополнительного транзистора, а коллекто1э является со выходом соответствующего усилителя тока, и на диоде, &нод которого соединен с базой первого дополнительсо со ного транзистора, являющейся входом соответствующего усилителя тока, при этом катод диода и база второго дополнительного транзистора соединены с источником смещения.

ij,ie{fia)

Фие.1

In. Уг

Mw;i

%

%

Фиг.5