Операционный усилитель Советский патент 1987 года по МПК H03F1/42 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в интегральной полупроводниковой схемотехнике на НЦП-транзисторах.

Цель изобретения - уменьшение потребляемой мощности,

На фиг. 1 представлена структур ная электрическая схема операционного усилителя; на фиг. 2 - амплитудно- щ мощности устройства в целом. Для фор ii tt

мирования подкачки тока смещения неинвертирующего каскада 3 использованы первый 5 и второй 6 конденсаторы, которые синхронно с моментами дискретизации входного напряжения попеременно либо разряжаются путем соединения через первый 7 и третий 9 ключи соответственно к второй шине . 13 источника питания, либо разряжаются путем соединения через второй 8 и четвертый 10 ключи соответственно -К преобразователю II ток - напряжение, в качестве которого может быть испольэзован, например, диод или тран- 25 зистор в диодном включении. При этом в момент начала заряда первого конденсатора 5 либо второго конденсатора 6 через него протекает большой зарядный ток, который преобразуется преобразователем 11 ток - напряжение в импульс напряжения, поступающего на управляющий вход регулирования смещения неинвертирующего каскада 3, следствием чего является увеличение тока смещения этого каскада. По мере. заряда первого 5 и второго 6 конденсаторов ток через него уменьшается, а значит,уменьшается и ток смещения неинвертирующего каскада 3, Для исключения протекания сквозных токов через первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 ключи фазы управления этими ключами дол:гшы быть неперекрывающимися между собой.

частотная характеристика операционного усилителя с разомкнутой петлей обратной связи.

Операционный усилитель содержит основной канал, выполненный на входном дифференциальном каскаде 1 и выходном инвертирующем каскаде 2, параллельный высокочастотный канал, выполненный на неинвертирующем каскаде 3 и корректирующем конденсаторе 4, первый 5 и второй 6 конденсаторы, первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 ключи, преобразователь 11 ток - напряжение, первую 12, вторую 13 шины источника питания.

Операционный усилитель работает следующим образом.

Источником сигнала является дис- кретизированное напряжение с равномерным по времени шагом дискретизации При поступлении на вход операционно- го усилителя ступеньки входного напряжения его высокочастотные составляющие обрабатываются параллельным высокочастотным каналом, а средние и низкочастотные составляющие - низкоскоростным основным каналом с высо- КИМ коэффициентом усиления. При этом для формирования короткого фронта выходного напряжения операционного усилителя моменты переключения первого 7, второго 8, третьего 9, четвертого 10 ключей и первого 5 и второго 6 конденсаторов синхронизированны с моментами дискретизации входного напряжения так, что при поступлении на вход операционного усилителя фронта импульса происходит подкачка тока смещения неинвертирующего каскада 3, что, в свою очередь, приводит к возможности соответственно заряда или разряда корректиру1рщего конденсатора 4 большим током, чем стационарный ток смещения неинвертирующего каскада 3 после окончания в операционном усилителе переходного процесса Причем после прохождения через параллельный высокочастотный канал фронта

импульса точность дальнейшей- обработки ступеньки напряжения определяется лишь коэффициентом усиления низкоскоростного основного канала, что означает возможность значительного уменьшения тока смещения неинвертирующего каскада 3 и, как следствие, значительное снижение потребляемой

мощности устройства в целом. Для форii tt

мирования подкачки тока смещения неинвертирующего каскада 3 использованы первый 5 и второй 6 конденсаторы, которые синхронно с моментами дискретизации входного напряжения попеременно либо разряжаются путем соединения через первый 7 и третий 9 ключи соответственно к второй шине . 13 источника питания, либо разряжаются путем соединения через второй 8 и четвертый 10 ключи соответственно -К преобразователю II ток - напряжение, в качестве которого может быть испольэзован, например, диод или тран- зистор в диодном включении. При этом в момент начала заряда первого конденсатора 5 либо второго конденсатора 6 через него протекает большой зарядный ток, который преобразуется преобразователем 11 ток - напряжение в импульс напряжения, поступающего на управляющий вход регулирования смещения неинвертирующего каскада 3, следствием чего является увеличение тока смещения этого каскада. По мере. заряда первого 5 и второго 6 конденсаторов ток через него уменьшается, а значит,уменьшается и ток смещения неинвертирующего каскада 3, Для исключения протекания сквозных токов через первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 ключи фазы управления этими ключами дол:гшы быть неперекрывающимися между собой.

45

50

55

Наличие параллельного высокочастотного канала приводит к возникновению нуля левой половины полуплоскости комплексной плоскости частот. В зависимости от соотношения частотных характеристик параллельного высокочастотного канала, входного дифференциального каскада 1 и выходного инвертирующего каскада 2 амплитудно- частотная характеристика операционного усилителя может принимать вид, показанный на фиг, 2 (кривые а, б, в,, г). Математическое выражение передаточной функции (коэффициента усиления) операционного усилителя в операторной форме имеет вид

К(р)

1356196

KU( b

-Sn

OVQ

К,

Р коэффициент усиления операционного усилителя на постоянном токе без обратной связи;

коэффициенты передаточной функции; оператор Лапласа.

Выражения для коэффициентов а , b , h,, имеют вид

/1

V. 1

OV. 1

ния и емкости соответственно входного дифференциального каскада 1, инвертирующего каскада 2 и параллельного канала высокочастотного ка-. нала;

и Ь„.. „ - коэффициенты передаточной функции операционного усилителя параллельного высокочастотного канала.

Анализ выражения (1) позволяет сделать следующие выводы. Включение параллельного высокочастотного канала приводит к увеличению быстродействия операционного усилителя в К раз, где К - добротность операционного усилителя с параллельным высокочастотным каналом

Соотношение (3) показывает, что для повышения быстродействия операционного усилителя необходимо увеличить крутизну характеристики параллельного высокочастотного канала. Включение параллельного высокочастотного канала способствует частотной коррекции операционного усилителя, что позволяет увеличить допустимую глубину отрицательной обратной связи при сохранении значения выброса 1. на переходной характеристике. Это обусловлено тем, что при правильном

выборе значений ется новый полюс р

S.,K

R,H

. Zb.

С образутч

который

0

5

0

5

0

5

удаляется от начала координат, особенно при выполнении условия R, К Наблюдается стягивание оставшихся 5 полюсов к началу координат р -bi,/Ь,., ; р, -1/Ь, образуется

нуль Z cf-1/a , который позволяет HI 1

скомпенсировать влияние полюса р, выходного инвертирующего каскада 2, чем одновременно достигается частотная коррекция, а также расширение полосы пропускания операционного усилителя .

Формула изобретения

Операционный усилитель, содержащий основной канал, выполненный на последовательно соединенных входном дифференциальном каскаде и выходном инвертирующем каскаде, и параллельный высокочастотный канал, включенный между входами операционного усилителя и выходного инвертирующего каскада и выполненный на последовательно соединенных неинвертирующем каскаде и корректирующем конденсаторе, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, введены первый и второй конденсаторы, с первого по четвертый ключи, преобразователь ток - напряжение, при этом неинвертирующий каскад выполнен на МДП-транзисторах и с управляющим входом регулирования цепи смещения неинвертирующего каскада, соединенным с выходом преобразователя ток - напряжение, общий вывод которого по(ключен к первой шине источника питания, вторая шина которого через последовательно соединенные первый ключ, шунтированный первым конденсатором, и второй ключ, а также через последовательно соединенные третий ключ, шунтированный вторым конденсатором, и четвертый ключ соединена с входом преобразователя ток - напряжение, причем управляющие входы первого, четвертого и второго, третьего ключей попарно объединены и являются входами для подачи противофазного периодического сигнала управления,

Изобретение относится к радиотехнике и уменьшает потребляемую мощность. Усилитель содержит основной канал, выполненный на входном диф. каскаде I и выходном инвертирующем каскаде 2, параллельный ВЧ-канал, выполненный на неинвертируйщем каскаде 3 и корректирующем конденсаторе 4, конденсаторы 5 и 6, ключи 7-10, преобразователь 11 ток - напряжение, шины 12 и 13 источника питания. Источник сигнала - дискретизированное напряжение с равномерным по времени шагом дискретизации. ВЧ-составляющие напряжения обрабатываются ВЧ-каналом, а средние и НЧ-составляющие обрабатываются низкоскоростным основным каналом с высоким коэф. усиления. 2 ил. i (Л Фиг.1

«и

фив. 2

Редактор Н, Киштулинец

Составитель И, Водяхина

Техред М.Д1ОДЫК Корректоре. Шекмар

Заказ 5810/53Тираж 900Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4