Операционный усилитель на КМОП транзисторах Советский патент 1991 года по МПК H03F3/16 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к операционным усилителям на комплементарных МОП (КМОП) транзисторах, и может использоваться в интегральных микросхемах дискретно-аналоговой обработки сигналов, в частности в фильтрах на коммутируемых конденсаторах, которые широко используются в устройствах связи и аппаратуре радио и гидролокации.

Цель изобретения - улучшение устойчивости при работе на емкостную нагрузку.

На фиг. 1 представлена структурная принципиальная электрическая схема операционного усилителя; на фиг. 2 - то же, вариант выполнения.

Операционный усилитель содержит первый-шестой транзисторы 1-6, первый-третий нагрузочные транзисторы 7- 9, первый 10 и второй 11 источники тока, резистор 12, корректирующий конденсатор 13, первую 14 и вторую 15 шины питания.

Устройство работает следующим образом.

Подача на входы схемы дифференциального напряжения вызывает соответствующие изменения токов входных транзисторов первого и второго дифференциальных каскадов, причем изменения тока у транзисторов 2 и 4 будут одного знака. Это приводит к тому, что на затвоOs ON О С СЯ

ры транзисторов 5 и 6 будут поданы соответствующие противофазные сигналы, что вызывает изменение выходного напряжения усилителя. Величина и фазовый сдвиг напряжения на выходе усилителя определяются характеристиками двух каналов усиления - основного канала, образованного транзисторами 1,2,3,5,7 и 8, и вспомогательного, образованного транзисторами 3,4,6 и 9. Высокое усиление основного канала и высокое выходное сопротивление в точке подключения затвора транзистора 5 приводят к значительному фазовому сдвигу в данном канале. При этом использование даже усовершенствованной цепи коррекции,содержащей конденсатор 13 и резистор 12 в ряде случаев не позволяет добиться устойчивой работы схемы на емкостную нагрузку,

Уменьшение набега фазы во вспомогательном канале может быть достигнуто за счет уменьшения постоянных времени во внутренних узлах данного канапа и в первую очередь в узле подключения затвора транзистора 6. Постоянная времени в данном узле определяется произведением величины паразитной емкости в данном узле на выходное сопротивление второго дифференциального каскада вспомогательного канала. Соединение затвора и стока третьего нагрузочного транзистора 9 переводит данный транзистор в диодный режим. При этом выходное сопротивление второго дифференциального каскада вспомогательного канала падает с десятков МОм до десятков кОм. Расчеты показывают, что частота доминирующего полюса при этом определяется крутизной третьего 3 и четвертого 4 транзисторов и емкостью нагрузки.

Таким образом, вспомогательный канал, по сути дела, является однокаскад- ным усилителем и обладает сравнительно малым коэффициентом передачи при очень широкой полосе пропускания и малом фазовом сдвиге.

Коррекция однокаскадных усилителей осуществляется за счет собственно емкости нагрузки и внутренних корректирующих конденсаторов, как правило, не требует.

Выходной сигнал усилителя определяется суммой выходных сигналов обоих каналов. В районе частоты единичного усиления основного канала набег фазы в данном канале значителен и может приближаться к 180°. В то же время, набег фазы во вспомогательном канале на этой же частоте составляет величину порядка

20-60° при коэффициенте передачи близком к 1, в результате чего суммарный фазовый сдвиг составляет 100-120°, что обеспечивает достаточный запас устойчивости схе,мы. При дальнейшем повышении частоты выходной сигнал определяется в основном работой вспомогательного канала, который гарантированно закорректиро- ван емкостью нагрузки. Таким образом,

сочетание данных двух каналов позволяет существенно снизить набег фазы на частоте единичного усиления схемы и обеспечивает устойчивую работу на емкостную нагрузку.

Формула изобретения Операционный усилитель на КМОП- транзисторах, содержащий первый и второй дифференциальные каскады, включенные

параллельно по входу, и выходной двухтактный каскад, при этом первый дифференциальный каскад выполнен на первом и втором транзисторах, имеющих один тип, истоки которых соединены и через первый

источник тока подключены к первой шине питания, стоки соединены соответственно со стоком первого и стоком и затвором второго нагрузочных транзисторов, имеющих другой.тип, второй дифференциальный

каскад выполнен на третьем и четвертом транзисторах, имеющих тип первого нагрузочного транзистора, истоки третьего и четвертого транзисторов соединены и через второй источник тока подключены к второй

шине питания, к которой подключены истоки первого и второго нагрузочных транзисторов, сток третьего транзистора соединен со стоком третьего нагрузочного транзистора, имеющего тип первого транзистора, причем

источник третьего нагрузочного транзистора подключен к первой шине питания, выходной двухтактный каскад выполнен на пятом и шестом транзисторах, имеющих разный тип, включенных по схеме с общим истоком, затворы которых соединены с прямыми выходами соответственно первого и второго дифференциальных каскадов, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью улучшения устойчивости при работе на

емкостную нагрузку, сток четвертого транзистора соединен с первой шиной питания, затвор третьего нагрузочного транзистора соединен со стоком этого транзистора, причем соединенные стоки

пятого и шестого транзисторов соединены с затвором пятого транзистора через последовательно соединенные введенные резистор и корректирующий конденсатор.

Фиг. 1

Изобретение относится к электронной технике, к операционным усилителям на комплементарных МОП транзисторах, и может использоваться в интегральных микросхемах дискретно-аналоговой обработки сигналов, в частности в фильтрах на коммутируемых конденсаторах. Цель изобретения -улучшениеустойчивости при работе на емкостную нагрузку. Операционный усилитель содержит первый-шестой транзисторы 1-6, первый-третий нагрузочные транзисторы 7-9, первый и второй источники 10 и 11 тока, первую и вторую шины 14 и 15 питания Цель достигается тем, что сток транзистора 4 соединен с шиной 14,затвор транзистора 9 - со стоком этого транзистора 9, причем соединенные стоки транзисторов 5,6 соединены с затвором транзистора 5 через последовательно соединенные резистор 12 и корректирующий конденсатор 13 Величина и фазовый сдвиг напряжения на выходе усилителя определяется характеристиками двух каналов усиления - основного канала, образованного транзисторами 1-3,5,7,8 и вспомогательного, образованного транзисторами 3,4,6,9 Сочетание двух каналов позволяет существенно снизить набег фазы на частоте единичного усиления схемы и обеспечивает устойчивую работу на емкостную нагрузку. 2 ил, г Ј

+Ј

(+5.6) /4

5 J