Операционный усилитель на комплементарных МОП-транзисторах Советский патент 1991 года по МПК H03F3/16 

1

(21)4499165/09

(22)27.10.88

(46) 07.03.91. Бюл. If 9 (72) В.П.Попов, В.А.Рыжов и Л.Т.Иваиисов

(53)621.375.024 (088.8)

(56)Патент США № 4480230,

кл. Н 03 F 3/45, опублик. 20.10.84.

(54)ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРАХ

(57)Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения улучшение устойчивости усилителя при работе на емкостную нагрузку. Операционный усилитель (ОУ) содержит транзисторы 1-7, токозадающие транзисторы 8 и 9, источник 10 напряжения смещения и корректирующий конденсатор 1. Входной сигнал проходит с входа на выход ОУ через последовательно соединенные дифференциальный каскад (ДК) и выходной каскад. Сигнал обратной связи через конденсатор 1 1 поступает обратно на ДК в точку, имеющую потенциал виртуальной земли. Это исключает путь прямого прохождения сигнала из ДК на выход ОУ, поскольку сигнал со стока транзистора 5, попадая через повторитель напряжения (транзистор 4/ на обкладку конденсатора 11, уменьшает прямое прохождение сигнала на выход ОУ за счет уменьшения эквивалентного сопротивления точки виртуального нуля и улучшает устойчивость схемы ОУ. 1 ил.

ё

(Л

Изобретение относится к опера- пионным усилителям на комплементарных МОП-транзисторах и может использоваться в интегральных микросхемах дискретно-аналоговой обработки сигналов, изготавливаемых на КМОП-техт пологий, в частности в фильтрах на коммутируемых конденсаторах.

Цель изобретения - улучшение устойчивости усилителя при работе на емкостную нагрузку.

На чертеже предел авлена принципиальная электрическая схема операционного усилителя на комплементарных МОП-транзисторах.

Операционный усилитель (ОУ) содержит с первого по сильной -ран- чисторы 1-7, черный 8 и второй 9 токозадающие транзисторы, источник 10 напряжения смещения, корректирующий конденсатор 1 1 .

Операционный усилитель работает с недующим образом,

входной сигнал проходит с инвертирующего или непнвертируюлего

йхода ОУ через последовательно соединенные дифференциальш.й каскад и I, входной i аскад на выход ОУ, Сигнал обратной связи через корректирующий конденсатор 11 поступает обратно на дифференциальный каскад в точку, имеющую потенциал виртуальной земли чго исключает путь прямого прохождения сигнала из дифференциального каскада на выход ОУ, поскольку сигнал с стока транзистора 5, попадая через повторитель иаппяженпн (гранЧVi

знстор 4 ) на обкладк корректирующего конденсатора 11, уменьшает прямо прохождение сигнала на выход ОУ за счет уменьшения эквивалентного сопротивления точки шфтуг.лыю о г/лл и улучшает устойчивость схема.

Диапазон допустимых изменений выходного напряжения ч;иуференциалт - ного каскада определяется исходя из того, что рабочие точки транзисторо 4 и 6 должны находиться на полого i участке воль г-амперных характеристи (ВАХ) ток стока - напряжение стога. При нулевом входном сигнале номинальное выходное напряжение равно напряжению на стоке транзистора 5. Рабочая точка последнего находится в полотой области ВАХ, причем напряжение на его стоке превышает напряжение насыщения (граница крутой и пологой областей ВАХ) примерно НЈ

величину порогового напряжения, а поскольку транзисторы 5 и 6 выполнены идентично, то напряжение на вы- ходе дифференциального каскада может быть ниже поминального на величину порогового напряжения транзистора 6 без выхода рабочей точки в кру- ую облас ь ВАХ. Проведя аналогичные

Q рассуждения относительно транзисторов 3 и 4, можно сделать вывод, что напряжение дифференциального каскада может превышать номинальное на величину порогового напряжения тран5 зистора 4 без ш-гхода рабочей точки последнего за границы пологой области ВАХ. Для большинства стандартных КМОП технологи: аОо лтшые величины ПОРОГОВЫХ напрл/генчй транзисторов с

0 чпдуцированкым K.UIJ.IOM имеют величину не чиже 0,7 , что обеспечивает п. змах выходного напряжения диффе- vi ициального каскада не ниже 1,4 В. чнтывая, что типичная величина коэф-

5 (Ьшпенга усилении выходного каскада п схеме с общим истоком не менее 40, моiпо сделать вывод, что размах выгодного тпряжения дифференциального ;, к кад° достаточен для нормальной

Q работы усилителя во всем диапазоне выходных напряжений. Величина коэффициента усиления хшФФеренциального к 1скада в такой схеме - ожет составлять 100-500, что обеспечивает об5 «;С1е усиление схемы не менее 4000,

Подключение корректирующего конденсатора 1 1 к истоку транзистора 4 само по себе значительно уменьшает прямое чрохождечие сигнала из чифферешш0 чльного каскада на выход ОУ. Подключение же затворов тран нсторов 3 и 4 к стоку транзистора 3 позволяет в еще большей мере уменьчшть прямое прохождение сигнала ч значительно

5 ьплишить загас по фазе в районе час- 10 гы е;тиничього усггзния.

Формула изобретения

Операционный усилитель на комплементарных ПОП-транзисторах, со- д,5жащий первый и второй транзисторы, затворы которых являются входами операционного усилителя, истоки соединены со стоком первого токозадаю- цеге транзистора, затвор которого соединен с затвором второго токоза- даютрго транзчсюрс. и выходом источника напряжения смеи1сния, стоки пер-

вого и второго транзисторов подключены к истокам соответственно третьего и четвертого транзисторов, затворы которых соединены, а стоки подключены соответственно к соединенным стоку и затвору пятого транзистора и соединенны.-} стоку шестого и затвору седьмого транзисторов, причем сток второго токозадающего транзистора является выходом операционного усилителя и через корректирующий конденсатор соединен с истоком четвертого транзистора, при

334806

этом первый и второй токозадающие транзисторы, первый, второй, третий и четвертый транзисторы имеют одну структуру, а пятый, шестой и седьмой транзисторы имеют другую структуру, отличающийся тем, что, с целью улучшения устойчивости при работе на емкостную нагрузку, за- ig твор третьего транзистора соединен со стоком пятого транзистора, при этом сток седьмого транзистора под- ключей к стоку второго токозадающего транзистора.