Операционный усилитель Советский патент 1990 года по МПК H03F3/45 

структуры, затворы которых объедине rjbi и являются неинвертирующим входо операционного усилителя, истоки объединены и подключены к одному вы воду корректирующего резистора, сто соединены соответственно с входами первого и второго генераторов тока, выходы которых подключены к входу двухтактного повторителя напряжения а другое плечо выполнено на третьем и четвертом полевых транзисторах раз ной структуры, затворы которых объединены и являются инвертирующим входом операционного усилителя, истоки объединены и подключены к другому вы воду корректирующего резистора, стоки соединены с соответствующими источниками питанияо Известный операционный усилитель обладает высоким уровнем нелинейных искалсеннй и недостаточным быстродействиемЦель изобретения - уменьшение нелинейных искажений и повьшение быстродействия о Для этого в операционный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад, одно плечо которого выполнено на первом и втором полевых транзисторах разной структуры, затворы которых объединены и являются неинвертирующим входом операционного усилителя, истоки объединены и подключены к одному выводу корректирующего резистора, стоки соединены соот ветственно с входами первого и второ го генераторов тока, выходы которых подключегш к входу двухтактного повторителя напряжения, а другое плечо выполнено на третьем и четвертом полевых транзисторах разной структуры, затворы которых объединены и являются инвертирующим входом операционного усилителя, истоки объединены и подключены к другому выводу корректирующего резистора, введены третий и четвертый генераторы тока, входы которых соединены соответственно со стоками третьего и четвертого полевых транзисторов, ,а выходы соответственно с входами второго и первого ; генераторов тока, при этом между точ кой соединения истоков первого и.второго полевых транзисторов и входом двухтактного повторителя напряжения введен корректируклций конденсаторо На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного операционного усилителяо Операционный усилитель содержит первый и второй полевые транзисторы 1 и 2 разной структуры входного дифференциального каскада, затворы которых объединены и являются неинвертирующим входом 3 операционного усилителя, первый генератор 4 тока, второй генератор 5 тока, третий генератор 6 тока, четвертый генератор 7 тока, источники 8 и 9 питания соответствующей полярности, корректирующий конденсатор 10, двухтактный повторитель 1 напряжения, выход 12 операционного усилителя,корректирующий ре- , зистор 13, третий и четвертый поле- I вые транзисторы 14 и 15,разной структуры входного дифференциального каскада, инвертирующий вход 16 операционного усилителяо Предлагаемый операционный усилитель работает следующим образома При отсутствии сигнала на неинвертирующем и инвертирующем входах 3, 16 операционного усилителя (ОУ) через первый (третий) и второй (четвер тый) полевые транзисторы 1(14) и 2(15) протекает начальный сквозной ток 1ц, величина которого может быть выбрана малой, с использованием в качестве транзисторов 1(14) и 2(15) любых полевых приборов, имеющих разную струк- туру, передаточные характеристики ко- торых, при объединении их Высокоомных управляющих входов и неинверсных,; выходов, имеют об1цую точку пересече- ния в области малых режимных токово При этом, если первый и третий, второй и четвертый полевые транзисторы 1, 14 и 2,15 одинаковой структуры, принадлежащие противоположным плечам входного дифференциального каскада (ДК), идентичны, ток через коррекирующий резистор 13 отсутствуете квозной ток, протекающий через треий к четвертый полевые транзисторы 14 и 15 поступает на входы третьего четвертого генератора 6 и 7 тока, ыходные токи которых суммируются на ходах соответственно второго и перого генераторов 5 и 4 со сквозным оком, протекающим через первый ч втоой полевые транзисторы 1 и 2о При бсолютной идентичности плачей входого ДК и всех генераторов тока выодшге токи первого и второго гене51

раторов 4 и 5 тока равны и составляют величину 2 Поэтому напряжение на входе двухтактного повторителя I1 напряжения, а следовательно, и на выходе 12 ОУ в отсутствие входного сигнала равно нулю.

При увеличении частоты СО подаваемого на неинвертирую11Щй вход 3 ОУ, включенного по схеме неинвертирующего повторителя напряжения входного гармонического сигнала, между неинвёртирующим и инвертирующим входами З, 16 ОУ растет амплитуда гармонического напряжения ошибки V (cot) о Так как плечи входного ДК симметричны, то источник гармонического напряжения ошибки заземпен и действует на неинвертирующем входе 3 ОУ, а инвертирующий вход 16 ОУ отключен от выхода 12 ОУ и заземлен

С неинвертирующего входа 3 ОУ гармоническое напряжение ошибки повторяется на объединеннь1х истоках первого и второго полевых транзисторов 1, 2 ; ; и поступает на общую точку соединения корректирующего ковденсатора 10 и корректирующего резистора 13

На корректирующем резисторе 13 (R..) напряжение ощибки.Удц,(031Ь) преобразуется в ток i ( (Wt)VQ|jj(Ci3t)/R|, который через двухтактный токовый повторитель, образованньй третьим и четвертым полевыми транзисторами 14, 15, поступает на входы третьего и четвертого генераторов тока На выходах третьего и четвертого генераторов 6 и 7 ток i, (cot) инвертируется с коэффициентом передачи по току Kj - 1 и поступает на входы соответственно второго и первого генераторов 5 и 4о Сюда же со стоков второго и первого полевых транзисторов 2 и 1 поступают инвертированные по отношению к напряжению ошибки ) токовые сигналы i ((Dt)i(63t)+it(ot)Vou(u)t)/RK + .Cz

С к - С

dt

где iА tot) - ток, возникающий через корректирующий конденсатор 10 (C,j), последовательно с которым включена суммарная емкость С„ существующая навходе двухтактного повторителя И напряженияо На выходах первого и : второго генераторов 4, 5 токовый сигнал:igt(at)+i (Wt)2i (c3t)+ij (GJt)

6

инвертируется и развивает на емкое-.ти (С , + Cg;) напряжение U g (cot) о Корректирующий конденсатор 10 создает канал корректирующей местной

отрицат.ельной обратной связи за счет того, что ток С(( dUebixH tot)/dt через корректирующий конденсатор 10 поступает на объединенные истоки перво0 го и второго полевых транзисторов 1 и 2, повторяется на их стоках и через первый и второй генераторы 4 и 5 тока поступает на вход двухтактного повторителя 11 напряжения в противо5 фаЗе по отношению к напряжению

Ugyy,,(tut)o Кроме того, на входе двухтактного повторителя 11 напряжения развивается сигнал напряжения U6biK.etot)V3i(at).CK/(C,,+Cg), кото0 рый создается прямым прохождением высокочастотного сигнала ошибки Vgm(cat) с объединенных истоков первого и второго полевых транзисторов на вход двухтактного повторителя I1 на5 пряжения ,1|ерез корректирующий конденсатор 1о„ Суммарный сигнал напряжения, возникающий на входе двухтактного повторителя 11 напряжения, Повторяется двухтактным повторителем 11

0 напряжения на выходе 12 ОУ I

Высокое быстродействие предлагаемого ОУ достигается за счет того,что приращения выходных токов третьего и четвертого полевых транзисторов,

5 вызываемые действием между входами ОУ парафазного входного сигнала, через третий и четвертый генераторы тока поступают на входы соответственно второго и первого генераторов тока, суммируясь на этих входах с приращениями выходных токов соответств,енно второго и первого полевых транзисторов. Поскольку максимальные прис ращения выходного тока полевых транзисторов входного ДК не связаны с величиной стационарного тока I-, а определяются предельно-допустимыми импульсными токами )f , используемых

Q во входном ДК полевых транзисторов, величина максимальной скорости нарастания выходного напряжения предлагаемого ОУ достигает высокого значе™ way 2 ухудшения экономичности предлагаемого ОУ в отсутствие входного сигналао

Повышение быстродействия и улучшение устойчивости предлагаемого ОУ в области высоких частот при коэффиг цнентах передачи с обратной связью, близких k+1, также создает корректирующий конденсатор, который, с одной стороны, осуществляет коррекцию на опережение на фазе, создавая высо кочастотный канал прохождения сигналов с неинвертирующего входа ОУ на его выход, с другой стороны, образует канал корректирующей местной отрицательной обратной связио Коректирующий конденсатор, кроме того, вызывает увеличение выходных токов первого и второго полевых тран зисторов в области высоких частот, на величину емкостного тока i((), который способствует ускоренному перезаряду суммарной емкости на входе двухтактного повторителя напря жения, а следовательно, приводит к увеличению быстродействия предлагаемого ОУо Корректирую1ций конденсатор позволяет также устранить нелинейные искажения формы напряжения на выходе ОУ, связанные со сквозной передачей сигналов с неинвертирующего входа ОУ на его выход, приводящей при передаче импульсов с крутыми фронтами к возникновению на выходе ОУ предимпульсов, имеющих противоположную полярность относительно полезного выходного сигнала, а при передаче гармонического высокочастотного сигнала большой амплитуды - высокому уровню нелинейных искаженийо При воздействии на неинвертирующем входе ОУ перепада напряжения через проходные емкости первого и второго полевых транзисторов протекает паразитный ток 2Csi( dVgjf (t /dt, который инвертируется первым и вторым генераторами тока и поступа ет на вход двухтактного повторителя напряжения Однако этот паразитный ток не развивает на выходе ОУ пара- зитпого предимпульса напряжения, поскольку на вход двухтактного повторителя напряжения с истоков первого и второго полевьк транзисторов через корректирующий конденсатор поступает в фазе с полезным сигналом импульсСк- Cz dVev(t) ныи ток 1 --s -i-- который bjf+ Ьч- яс в первый момент времет превышает величину i 70 р о В каждом плече входного ДК могут использоваться либо биполярные транзисторы разной структуры с соответствующими цепями смещения между базами, либо различные комбинации полевых и биполярных транзисторов, общим требованием к которым является наличие у 1ШХ объединенного неинверсного двухтактного выходао Кроме того, эти комбинации транзисторов должны работать с малым уровнем нелинейных искажений в режиме большого сигнала на высоких частотах Таким образом, положительный эф- фект от внедрения предлагаемого операционного усилителя заключается, с одной стороны, в повьшении быстро- . действия, а с другой, в снижении уройня нелинейных искажений в режиме .у больщого сигнала на высоких частотах, при одновременном уменьшении потреб- j ляемой мощности в отсутствие входног го сигнала Это позволяет создавать на основе предлагаемого операционного усилителя высококачественные экономичные усилители мощности с максимальной скоростью нарастания выходного напряжения до 6600 В/мкс, уровнем полных нелинейных искажений меньше 5% на частотах до 150 мГц, при максимальной выходной мощности гармонического сигнала Вт, потребляемой мощностью В отсутствне входного сигнала - 150 мВт„

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий входной дифференциальный каскад, одно плечо которого выполнено на первом и втором полевых транзисторах разной структуры, затворы которых объединены и являются неинвертирующим входом операционного усилителя , истоки - объединены и подключены к одному выводу корректирующего резистора, стоки соединены соответстИзобретение относится к области усилительной техники, в частности к операционным усилителям, и может быть использовано в аналоговых устройствах вычислительиой техники, систем связи и ядерной электроники« I Известен операционный усилитель, содержащий последовательно соединённые два дифференциальных каскада и выходной двухтактный повторитель наНряжения, причем каждый дифферешщальный каскад выполнен на двух поле1€Е00ШЗНД1 ШЕйш-так йШл: &HBJiHOTEi A I .t венно с входами первого и второго генераторов тока, выходы которых подключены к входу двухтактного повторителя напряжения, а другое плечо выполнено на третьем и четвертом полевых транзисторах разной структуры, затворы которых.объединены и являются инвертирующим входом операционного усилителя, истоки - объединены и подключены к другому вьшоду корректирующего резистора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и повышения быстродействие, введены третий и четвертый генераторы тока, входы которых соединены соответственно со стоками третьего : и.четвертого полевых транзисторов, а (Л выходы соответственно с сходами второго и первого генераторов тока, при этом между точкой соединения истоков первого и второго полевых транзисторов и входом двухтактного повторителя напряжения введенкорректирующий конденсаторе 00 О) to .вых транзисторах одинаковой структуры, в цепях истоков которых включены источники токао Известный операционный усилитель обладает недостаточно высоким быстродействием. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является операционный усилитель, содержащийiвходной дифференциальный каскад, одно плечо которого выполнено на первом и втором полевых транзисторах разной