Операционный усилитель Советский патент 1984 года по МПК H03F3/45 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, в частности к устройствам для выполнения вычислительных операций, содержащим интегральные высококачественные пре цезионные усилители. Известен операционный усилитель содержащий последовательно соединен ные первый дифференциальный каскад выполненньй на полевых транзисторах с динамической нагрузкой в цепях стоков и первым генератором тока в цепи истоков, второй дифференциальный каскад на биполярных транзисторах с BTopbiM генератором тока в цепи коллектора и третьим генератором тока в общей эмиттерной цепи, а также цепь обратной связи на биполярном транзисторе Наиболее близким по технической сущности к изобретению является опе рационный усилитель, содержащий Последовательно соединенные входной дифференциапьньй каскад, выполненны на полевых транзисторах с динамической нагрузкой в цепях стоков и первымгенератором тока в цепи истоков и выходной дифферёнциальньй к.ггкад, выполненный на биполярных транзисторах с вторым генератором тока в цепи коллектора одного из биполярных транзисторов выходного дифференциального каскада, коллектор которого соединен с одним выводом первого конденсатора и является выходом, и третьим генератором тока в общей эмиттерной цепи, а также биполярный транзистор цепи обратной связи, база которого соеди нена с третьим генератором тока, ко лектор - с первым генератором тока, а эмиттер - с соответствующей шиной источника питания и через второ конденсатор с одним из выходов второго дифференциального каскада t23. lO, Известные устройства обладают -недостаточно широким частотным ди-; апазоном и недостаточно высоким быстродействием. Цель изобретения - расширение частотного диапазона и повьппение быстродействия, -С этой целью в операционный усилитель, содержапщй последовательно : соединенные, входной дифференциаль.ный кдскад, выполненный на полевых транзисторах с динамической нагрузкой в цепях стоков и первым генератором тока в цепи истоков, и выходной дифференциальный каскад, вьшолненг вый на биполярных транзисторах с вторым генератором тока в цепи коллектора одного из биполярных транзисторов выходного дифференциального каскада, коллектор которого соединен с одним вьшодом первого конденсатора и является выходом, и третьим генератором тока в общей эмиттерной цепи, а также биполярньй транзистор цепи обратной связи, база которого соединена с третьим генератором тока, коллектор - с первым генератором тока, а эмиттер - с соответствукнцей шиной источника Питания и через второй конденсатор - с одним из выходов входного дифференциального каскада, между затвором полевого транзистора одного плеча и стоком полевого транзистора другого плеча входного дифференциального каскада введены соответственно первая цепочка из последовательно соединенных первого резистора, третьего конденсатора, четвертого конденсатора и второго резистора и вторая цепочка из последовательно соединенных третьего резистора, пятого конденсатора, шестого KoHJE eHcaTOpa и четвертого резистора, при этом точки соединения третьего и четвертого конденсаторов и пятого и шестого конденсаторов через соответственно третью и четвертук цепочки из параллельно включенных пятого резистора и седьмого конденсатора и шестого резисто,ра и восьмого конденсаторасоединены с соответствукодей шиной источника питания, а меаду другим выводом первого конденсаЧгора и базой соответствующего биполярного транзистора выходного дифференциального каскада введен седьмойрезистор. На чертеже изображена принципильная электрическая схема предложеного операционного усилителя. Операционньй усилитель содержит ходной дифференциальный каскад 1, ыполненньй на полевых тр11нзисторах и 3, динамическую йагрузку 4а полевых транзисторах, первый; . енератор 5 тока,выходной дифферениальньй каскад б, выполненный на иполярных транзисторах 7 и 8, вгоой генератор 9 тока, третий генераор 1О тока, первьй конденсатор 1i, едьмой резистор 12, первую цепочку

13 из последовательно соединенных первого резистора 14, третьего конденсатора 15, четвертого конденсатора 16 и второго резистора 17, вторую цепочку 18 из последовательно соединенных третьего резистора 19, пятого конденсатора 20, шестого конденсатора 21 и четвертого резистора .2, третью цепочку 23 из параллельно включенных пятого резистора 24 и седь мого конденсатора 25, четвертую цепочку 26 из параллельно выполненных шестого резистора 27 .и восьмого конденсатора 28, второй конденсатор 29, цепь 30 обратной связи, выполненную на биполярном транзисторе, и источник 31 питания.

Операционный усилитель работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на входы входного дифференциального каскада 1 Благодаря введению первой 13 и второй 18 цепочек нуль передаточной функции операщюнного усилителя перемещается из пра1зой полуплоскости комплексной плоскости в левую полуплоскость. Тем самым значительно уменьшается значение фазы на частоте единичного усиления, отпадает необходимость а выборе больших значений емкостей кор- . ректирунщих конденсаторов в выходном дифференциальном каскаде операционно усилителя и, как следствие этого, улучшаются показатели быстродействия Введением конденсаторов 25 или 28 достигается желаемый спад а тлитудно частотной характеристики в области высоких частот, так как на высоких частотах сигнал, проходящий ио первой 13 или второй t8 цепочках шунтируется через конденсатор 25 или 28 на положительна шину источника 31 питания, чем ослабляется или почти

полностью исключается влияние nepBi.. или второй цепочек. Первый конденсатор 11 и седьмой резистор 12 служат для корректировки фазо-частотной характеристики и получения необходимого (примерно равного 20 дб на декаду) спада амплитудно-частотной характеристики в области частоты единичного усиления.

Кроме того, включение двух конденсаторов третьего конденсатора 15, четвертого конденсатора 16, пятого конденсатора 20, шестого конденсатора 21 и пятого резистора 24, шестого резистора 27 в цепь, соединякнцую затвор полевого транзистора одного плеча со стоком входного полевого транзистора противоположного плеча входного дифференциаф ного каскада 1 и с положительной шиной источника 31 питания дает следукяцие преимущества. При изготовлении интеграль. ных конденсаторов на основе р-п -перехода или в виде тонкопленочных конденсаторов возникаетсвязь по постоянному току, которая обусловлена паразитным диодом, между одной из обкладок конденсатора и подложкой. Таким образом, подключение обоих конденсаторов указанными обкладками к внутреннему узлу Т-образной схемы позволяет избавиться от связей по постоянному току медду входом (или выходом) полевых транзисторов входного дифференциального каскада 1 и отрицательной шиной источника питания, что повышает температур11ую и радаационную стабильность усилителя.

Предлагаемый операционный усилитель имеет по сравнению с известным луч1ше частотные характеристики и более высокое быстродействие.

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий последовательно соединен, ные входной дифференциальный каскад, выполненнь на полевых транзисторах с динамической нагрузкой в цепях стоков и первым генератором тока в цепи истоков, и выходной дифференциальный каскад, выполненный на биполярных транзисторах с вторым генератором тока в цепи коллектора одного из биполярных транзисторов выходного дифференциального каскада, коллектор которого соединен с одним выводом первого конденсатора и является выходом, и третьим генератором тока в общей э вlттepнoй цепи, а также биполярнь й транзистор цепи обратной связи, база которого соединена с третьим генераторбм тока, g Pfnf/f w f коллектор - с первым генератором тока, а змиттер - с соответствующей .шиной источника питания и через второй конденсатор - с одним из выходов входного дифференциального каскада, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения быстродействия, между затвором полевого транзистора одного плеча и стоком полевого транзистора другого плеча входного дифференциального каскада введены соответственно первая цепочка из последовательно соединенных первого резистора, третьего конденсатора, g четвертого конденсатора и второго резистора и вторая цепочка из по(Л следовательно соединенных третьего резистора, пятого конденсатора, шестого конденсатора и четвертого резистора, при этом точки соедкне- . ния третьего и четвертого конденсаторов и пятого и шестого конденсаторов через соответственно третью сх и четвертую цепочки из параллельно 00 включенных пятого резистора и седьо со мого конденсатора и шестого резистора и восьмого конденсатора соеди ены с соответствующей шиной источника 00 питания, а между другим выводом первого конденсатора и базой соответствующего биполярного транзистора выходного дифференциального каскада введен седьмой резистор.