Операционный усилитель Советский патент 1991 года по МПК H03F3/45 H03F3/16 

Изобретение относится к усилительным устройствам и предназначено для использования в усилителях различного назначения, которые являются элементами аналоговых и аналого-цифровых систем в интегральном исполнении на полевых транзисторах.

Цель изобретения - увеличение диапазона синфазного входного напряжения.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема операционного усилителя.

Операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад 1, содержащий генератор тока 2, первый и

вторсл о-каналы-1 ie транзисторы 3 и 4, п-ка- нальиые транзис. ,;ы 5 и 6 первой динамической нагрузки, дополнительный входной дифференциальный каскад 7, содержащий генератор тока 8, n-канальные транзисторы 9 и 10, р-канальные транзисторы 11 и 12 второй динамической нагрузки, второй дополнительный каскад 13, содержащий р-канальные транзисторы 14 и 15, первый дополнительный каскад 16, содержащий п- канальные транзисторы 17 и 18, усилитель 19 синфазного напряжения, содержащий генераторы тока 20 и 21, третий и четвертый р-канальные транзисторы 22 и 23, пятый и шестой р-канальные транзисторы 24 и 25 первого и второго дифференциальных касо VJ ю ел ел

Јь

кадов соответственно, дополнительный п- канальный транзистор 26.

Операционный усилитель работает следующим образом.

К входам операционного усилителя прикладывается входное напряжение, которое в общем случае имеет дифференциальную и синфазную компоненту. Когда синфазная компонента входного напряжения находится в диапазоне

USS + Унас 8 + Упф п + Unac 10 UBX синф 1)ДД - II)нас 2 I - IUHac 4 I - Шпф р ,

где Онас 2 напряжение насыщения 1-го транзистора,

Uss - напряжение на отрицательной шине питания;

Упф п - пороговое напряжение п-ка- нальных. транзисторов,

1)дд напряжение на положительной шине питания,

Unop п - пороговое напряжение р-ка- нальных транзисторов, все транзисторы обоих входных дифференциальных каскадов находятся в режиме насыщения Следовательно, оба входных дифференциальных каскада усиливают входное напряжение. Суммирование и усиление выходных напряжений входных дифференциальных каскадов осуществляется первым и вторым дополнительными каскадами 13 и 16.

Таким образом, усиленное входное напряжение появляется на выходах устройства Это напряжение подается на вход усилителя синфазного напряжения (УСН) 19 Выходное напряжение УСН подается на затворы транзисторов 5 и 6 первой динамической нагрузки входного дифференциальною каскада 1 Таким образом, усилитель оказывается охваченным отрицательной обратной связи по синфазному выходному на пряжению Функционирование ООС по синфазному выходному напряжению при водит к тому, что величина выходного синфазного напряжения устанавливается равной с точностью до спряжения см ;ще- ния УСН напряжению на выводе УСН соединенного с затворами пятого и четвертого транзисторов 23 и 24 Когда синфазная компонента входного напряжения удовлетворяет условиям, определяемым системой неравенств

USS + UHac 5 - I ипф р К UBX синф USS + + UHJC 8 + UHSC 10 + Unop n

U ДД - UHac 12 I + ипф п UBX синф. U/Щ - I UHac2 I- I Unop pi- I UHac4 I,(2)

транзисторы дифференциальной пары и генератора тока одного из входных дифференциальных каскадов не будут находиться в режиме насыщения, и, следовательно, не

дают вклад в усиление входного напряжения Например, если имеет место первое неравенство системы (2), то транзисторы дифференциальной пары и генератора тока

дополнительного входного дифференциального каскада 7 будут в ненасыщенном режиме. Если (2) выполняется, то изменяются рабочие токи в режиме молчания каскадов 13 и 16. Например, если имеет место первое

0 неравенство системы (1), то часть тока покоя транзисторов 11 и 12. которая протекает через транзисторы 9 и 10 в случае выполнения (2), будет протекать через транзисторы 17, 18, 15, 14, увеличивая их ток покоя. Од5 нако благодаря действию ООС по синфазному выходному напряжению, в которую включен УСН 19, изменение выходного синфазного напряжения, которое имело бы место при отсутствии ООС по выходному

0 синфазному напряжению, будет подавлено Таким образом, функционирование предлагаемого устройства будет сохраняться в диапазоне синфазных напряжений

Uss UHac 5 - I Unop р I UBX синф идд- 5 - I UHac 2 I + Unop n(3)

Неравенство(3) вытекает из условий работы всех транзисторов хотя бы одного входного дифференциального каскада в ре жиме насыщения.

0Положительный эффект предлагаемого

устройства по сравнению с прототипом заключается в большем диапазоне синфазных входных напряжений

5Формула изобретения

Операционный усилитель, имеющий дифференциальный входи выход содержащий входной дифференциальный каскад, выполненный на первом и втором р-каналь0 ных транзисторах, с генератором тока выполненном на р-транзисторе, затвор которого соединен с первой положительной шиной опорного напряжения, причем затвор первого р-канального транзистора яв5 ляется инвертирующим входом устройства, затвор второго р-канального транзистора - неинвертирующим входом устройства, а цепи их стоков соединены со стоками первого и второго n-канальных транзисторов первой

0 динамической нагрузки соответственно, истоки которых подключены к отрицательной шине питания, а затворы обьединены, усилитель синфазного напряжения, выполненный на первом и втором дифференциальных

5 каскадах, образованных третьим и четвер- , тым р-канальными транзисторами, с i енера- тором тока, выполненным на р-канальном транзисторе, и пятым и шест ым р-канальными транзисторами с генератором тока, выполненным на р-канальном транзисторе

соответственно, при этом затворы р-каналь- ных транзисторов генераторов тока соединены с первой положительной шиной опорного напряжения, затвор третьего р-ка- нального транзистора является инвертирующим, а затвор шестого р-канального транзистора - неинвертирующими выходами устройства соответственно, затворы четвертого и пятого р-канальных транзисторов объединены и подключены к шине напряжения, равного требуемому синфазному напряжению, стоки четвертого и пятого р-канальных транзисторов объединены и подключены к стоку дополнительного п-ка- нального транзистора, являющегося выходом усилителя синфазного напряжения, соединенного с его затвором, и подключенного к обьединенным затворам п-канальных транзисторов первой динамической нагрузки а исток седьмого р-канального транзистора и стоки третьего и шестого р-канальных транзисторов соединены с отрицательной шиной питания, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона синфазного входного напряжения, введены дополнительный входной дифференциальный каскад, выполненный на п-канальных транзисторах, затворы которых объединены с затворами р-канальных транзисторов входного дифференциального каскада, а в цепи стоков введены р-канальные

транзисторы второй динамической нагрузки, истоки которых подключены к положительной шине питания, затворы объединены и подключены к первой поло- 5 жительной шине опорного напряжения, с генератором тока, выполненным на п-ка- нальном транзисторе, затвор которого соединен с первой отрицательной шиной опорного напряжения, а также введены пер0 вый и второй дополнительные каскады, при этом первый дополнительный каскад выполнен на двух р-канальных транзисторах, включенных по схеме с общим затвором, затворы которых объединены и подключены

5 к второй положительной шине опорного напряжения, истоки соединены со стоками р-канальных транзисторов второй динамической нагрузки соответственно, а стоки соединены с затворами третьего и шестого

0 р-канальных транзисторов усилителя синфазного напряжения соответственно, второй дополнительный каскад выполнен на двух n-канальных транзисторах, выполненных по схеме с общим затвором, затворы

5 которых объединены и подключены к второй отрицательной шине опорного напряжения, истоки соединены со стоками п-канальных транзисторов первой динамической нагрузки соответственно, а стоки - со стока0 ми р-канальных транзисторов первого дополнительного каскада соответственно.

Изобретение относится к усилительным устройствам. Цель изобретения - увеличение диапазона синфазного входного напряжения. Операционный усилитель, имеющий дифференциальный вход и выход, содержит входной дифференциальный каскад 1, содержащий генератор тока 2, первый и второй P-канальные транзисторы 3, 4, N-канальные транзисторы 5, 6 первой динамической нагрузки, дополнительный входной дифференциальный каскад 7, содержащий генератор тока 8, N-канальные 9, 10 и P-канальные транзисторы 11 и 12 второй динамической нагрузки, второй дополнительный каскад 13, содержащий P-канальные транзисторы 14 и 15, первый дополнительный каскад 16, содержащий N-канальные транзисторы 17 и 18, усилитель синфазного напряжения /УСН/ 19, содержащий генераторы тока 20 и 21, третий и четвертый P-канальные транзисторы 22 и 23, пятый и шестой P-канальные транзисторы 24 и 25 первого и второго дифференциальных каскадов соответственно, дополнительный N-канальный транзистор 26. Благодаря действию отрицательной обратной связи по синфазному выходному напряжению, в которую включен УСН 19, изменение выходного синфазного напряжения, которое имело бы место при отсутствии отрицательной обратной связи по выходному синфазному напряжению, будет подавлено. 1 ил.