Дифференциальный усилитель Советский патент 1984 года по МПК H03F3/45 

Изобретение относится к радистахнике и может использоваться при разработке операционных усилителей, компараторов и других устройств аналоговой техники в интегральном полупроводниковом исполнении.

Известен дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад, выполненныйпо каскадной схеме, с несимметричной нагрузкой в виде отражателя тока, выход которого через последовательно соединенные эмиттерный повторитель и усилительный каскад соединен с выходным двухтактным каскадомС Однако в известном дифференциальном усилителе сравнительно низкая точность компенсации базовых токов транзисторов дифференцигшьного каскада.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является дифференциальный усилитель, содержащий дифференциальный каскад с несимметричным выходом на двух тран3 icToiiax, имеквдих р - п - р-структуру, двух резисторах обратной связи и первом генераторе тока в эмиттерных цеЛях, причем базы транзисторов дифференциального каскада подключены к эмиттерам соответственно первого и второго входных транзисторов, имеющих п-р-п-структуру, в змиттерных цепях которых включены транзистор отражателя тока, имеющие п-р-пструктуру, эмиттеры которых объединены, а базы объединены и через генератор напряжения соединены с одной из шин источника питания, а к другой mjiHe источника питания через второй генератор тока подключен эмиттер первого дополнительного транзистора имеющего р-п-р-структуру 2,

Известное устройство позволяет снизить входные токи, повысить быстродействие и существенно расширить диапазон допустимых значений коэффициента усиления тока транзисторов р-п-р-структуры.

Однако в известном устройстве напряжение на коллекторных переходах р-п-р-транзисторов дифференциального каскада практически равно напряжению источника питания (при отсутствии входного сигнала), и в высоко вольтном- усилителе может достичь достаточно больших значений. В то же время напряжение на коллекторном переходе первого дополнительного транзистора р-п-р-структуры постоянно и близко к нулю. Такое различие в коллекторных напряжениях приводит к существенному различию в коэффициентах усиления тока транзисторов дифференциального каскада и первого дополнительного транзистора из-за эффекта модуляции толщины базы. Особенно этот эффект оказывает большое влияние на коэффициент усиления тока транзисторов (р-п-р-структуры) с боковой инжекцией, у которых в качестве базовой области используетс высокоомная зпитаксиальная пленка. Вследствие этого имеет место низкая точность компенсации базовых токов транзисторов (р-п-р-структуры) дифференциального каскада. Кроме того, поскольку в этом устройстве напряжение на коллекторном переходе транзисторов (р-п-р-структуры) определяется разностью потенциалов без входных транзисторов и шины источника питания (отрицательного потенциала), то это приводит к зависимости входных токов дифференциального усилителя от напряжения источников питания и уровня входного сигнала.

Таким образом, известное устройство имеет малуюточность компенсации базовых токов транзисторов (р-п-р-структуры) дифференциального каскада и зависимость входных токов усилителя от напряжения источников питания и уровня входного сигнала.

Цель изобретения - повышение точности компенсации базовых токов дифференциального каскада.

Цель достигается тем, что в дифференциальный усилитель, содержащий дифференциальный каскад с несимметрйчнн 1 выходом на двух транзисторах имеющих р-п-р-структуру, двух резисторах обратной связи и первом генераторе тока в эмиттерных цепях, причем базы транзисторов дифференциального каскада подключены к эмиттерам соответственно первого и второго входных транзисторов, имеющих п-р-п-структуру, в эмиттерных цепях которых включены транзисторы отражателя тока, имеющие п-р-р-структуру, эмиттеры которых объединены, а базы объединены и через генератор напряжения соединены с одной из шин источника питания, а „к другой шине источника питания через второй генератор тока подключен эмиттер первого дополнительного транзистора, имеющего р-п-р-структуру, введены второй дополнительный транзистор, имеющий р-п-р-структуру, и первый и второй дополнительные отражатели тока, выходы которых подключены к объединенным эмиттерам транзисторов отражател тока, а входы соответственно - к коллектору первого дополнительного : транзистора и к коллектору второго дополнительного транзистора, эмиттер которого соединен с базой первого дополнительного транзистора, а базас выходом первого генератора тока.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема дифференциального усилителя,

Дифференциал-ный усилитель содержит дифференциальный, каскад на транзисторах 1 ri 2, двух резисторах 3 и 4 обратной связи, первом генера торе 5 тока, первый и второй входные транзисторы б и 7, транзисторы 8 и 9 отражателя тока, генератор 10 напряжения, второй генератор 11 тока, первый и второй дополнительные транзисторы 12 и 13, первый и второй дополнительные отражатели 14, 15 тока, шины 16 и 17 источника питания. Устройство работает следующим образом. Эмиттерные токи первого и второго входных транзисторов 6 и 7 определяются как разность коллекторных токов транзисторов 8,9 и базовых токов транзисторов 1 и 2 соответственно. Вместе с тем коллекторные токи транзисторов 8 и 9 oпpeдeJlяютc как сумма коллекторного тока выходного транзистора первого дополнительного отражателя 14 тока и коллекторного тока выходного транзисто ра второго дополнительного отражателя 15 тока, который является отра жателем базового тока первого допол нительного транзистора 12. В этом случае 1 i К14 , 4l 1 I ; i - 8 k9 2 2 и тогда эмиттерные токи входных транзисторов 6 и 7 определяются как 2(6 + 1) коэффициенты усилени тока транзистора 1 и первого дополнительно го транзистора 12, благодаря введению второго допол нительного транзистора 13 напряжени на коллекторном переходе первого дополнительного транзистора 12 практически равно коллекторному напряжению транзисторов 1 и 2, Более того, с изменением уровня входного синфазного напряжения изменяется не только коллекторное напряжение транзисторов 1 и 2, но и одновременно изменяется синфазно коллекторное напряжение первого дополнительного транзистора 12, Это означает, что в широком диапазоне выходных синфазных напряжений будет сохраняться условие - 12 Следовательно, базовый ток первого дополнительного транзистора 12. равен базовым токам транзисторов 1, 2, т,е, выражение (2)можно переписать для любого входного Сигнала выбирая соотношение токов ij и i с соответствующими значениями. Таким образом, в изобретении второй дополнительный отражатель 15 тока, который компенсирует базовые токи транзисторов 1 и 2, изменяет свое значение точно так же, как и применяются базовые токи транзисторов 1 и 2; что позволяет устранить влияние входных сигналов на эмиттерные токи входных транзисторов б и 7 т.е. на входные токи усилителя. Второй дополнительный транзистор 13 передает синфазное входное напряжение на первый дополнительный транзистор 12 и одновременно является повторителем его базового.тока, Таким образом, введение второго дополнительного транзистора 13 позволяет повысить точность компенсации базовых токов транзисторов дифференциального каскада.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ содержащий дифференциальный каскад с несимметричным выходом на двух транзисторах, имеющих р-п -р -структуру двух резисторах обратной связи и первом генераторе тока в эмиттерных цепях, причем базы транзисторов дифференциального каскада подключены к эмиттерам соответственно первого и второго входных транзисторов, имеющих п- р -п -структуру, в эмиттерных цепях включены транзисторы отражателя тока,имеющие , -4 -гг г I п -р-п структуру, эмиттеры которых объединены, а базы объединены и через генератор напряжения соединены с одной из шин источника питания, а к другой шине источника питания через ВТО.РОЙ генератор тока подключен эмиттер первого дополнительного транзистора, имеющего р-п -р -стурк туру, отличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации базовых токов транзисторов дифференциального каскада, в него введены второй дополнительный транзистор, имеющий p-h-p -структуру, и первый и второй дополнительные отражатели тока, выходы которых i подключены к объединенным эмиттерам транзисторов отражателя тока, а СЛ входы - соответственно к коллектору первого дополнительного транзистора и к коллектору второго дополнительного транзистора, эмиттер которого соединен с базой первого дополнительного транзистора, а база - с выходом первого генератора тока, 00 4 ;о о 4ib