Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обработки электрических сигналов с высоким быстродействием и точностью в системах с ограниченным ресурсом питания

Цель изобретения - улучшение статических характеристик без ухудшения быстродействия и линейности в режиме большого сигнала

На фиг 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого операционного усилителя (ОУ) по п.1 формулы изобретения; на фиг 2 представлен возможный вариант его конкретной реализации.

ОУ содержит входной двухтактный дифференциальный каскад 1 малосигнальный канал 2 усиления и выходной сумматор 3 Малосигнальный канал 2 усиления выполнен на двухстороннем ограничителе 4 резисторе 5, инвертирующем усилителе 6 с конденсатором в цепи обратной связи и преобразователе 7 напряжение-ток

Входной двухтактный дифференциальный каскад 1 выполнен на первом втором, третьем, четвертом и пятом транзисторах 8. 9, 10, 11 и 12 одного типа, на шестом, седьмом и восьмом транзисторах 13 14 и 15 другою типа, на первом втором и третьем управляемых источниках тока 16 17 и 18, на первом и втором резисторах 19 и 20, на источнике 21 смещения и на элементе 22 смещения

Предложенный ОУ работает следующим образом

В его составе имеются два канала пере дачи сигнала, однако в отличие от известных двухканальных усилителей, на входе каждого канала в которых производится частотное разделение сигнала в предлагаемом ОУ такого разделения не осуществляется а выходные сигналы не перемножаются, как Р большинстве известных устройств, а суммируются Вклад же каждого канала в резульо ел

о о

о

тирующий выходной сигнал зависит от режима, в котором работает ОУ.

Допустим, что на входе ОУ присутствует малый сигнал. Такое состояние характерно для случая, когда ОУ работает без обратной связи на низких частотах либо с обратной связью в уравновешенном режиме.

Предположим, что обратная связь отсутствует, при этом амплитуда сигнала на выходе ОУ составляет 1 В. Если коэффициент усиления по напряжению малосигнального канала 2 совместно с дифференциальным усилителем на транзисторах 8,9 составляет, например, 105, то сигнал, приложенный к входам ОУ, в этом случае равен 10 мкВ. Усиление входного двухтактного дифференциального каскада 1 обычно равно 200-300. Следовательно.в рассматриваемом режиме сигнал на выходе этого канала (например, в прототипе) составил бы всего 2-3 мВ, что составляет 0,2-0,3% от сигнала на выходе малосигнального канала 2. В такой же пропорции отличаются токи, поступающие на вход выходного сумматора 3. Поэтому в режиме малого сигнала вкладом входного двухтактного дифференциального каскада 1 в результирующее усиление можно пренебречь. Соответственно, можно пренебречь и его малосигнальными погрешностями, при этом такие характеристики ОУ, как коэффициент усиления на постоянном токе и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС), полностью определяются только малосигнальным каналом 2 совместно с транзисторами 8, 9, а результату ющий входной сдвиг определяется исключительно степенью согласованности этих транзисторов. При этом по статической точности предлагаемый ОУ не уступает никаким известным усилителям, выполненным на одинаковом технологическом уровне.

С помощью частоты входного сигнала усиление малосигнального канала 2 уменьшается, что обусловлено параллельной емкостью обратной связью, которой охвачен инвертирующий усилитель 6, однако оно остается большим, чем у входного двухконтактного дифференциального каскада 1 вплоть до частоты среза его собственной АЧХ. В дальнейшем за счет резистора 5 усиление малосигнального канала 2 начинает снижаться со скоростью 12 дБ/ окт и по сравнению с усилением входного двухтактного дифференциального каскада 1 становится пренебрежимо малым. При этом, начиная с некоторой частоты, общее усиление определяется практически только этим каскадом.

При переходе в режим большого сигнала, например при включении ОУ неинвертирующим повторителем напряжения и передаче импульсного фронта, сигнал также усиливается только входным двухтактным дифференциальным каскадом 1, обладающим исключительно высоким относительным быстродействием и линейностью в режиме большого сигнала.

Это обьясняется существенно большим усилением от входов ОУ до противофазных высо- коомных выходов входного двухтактного дифференциального каскада 1 по сравнению с усилением на высоких частотах малосиг0 нального канала 2, который поэтому никак не влияет на передачу коротких фронтов.

Однако в момент переключения на несимметричном выходе входного двухтактного дифференциального каскада 1 также присут5 ствует большой сигнал, который поступает на вход малосигнального канала 2, а поскольку ток с выхода этого канала суммируется с выходными токами входного двухтактного дифференциального каскада 1, то при попа0 дании малосигнального канала 2 в нелинейный режим он в равной степени определял бы величину и характер искажений выходного сигнала, но уже не на фронте, а на вершине передаваемого импульса. Чтобы

5 исключить влияние малосигнального канала 2 на характер передачи сигналов, имеющих высокую скорость нарастания, необходимо таким образом реализовать этот канал, чтобы предотвратить нелинейные искажения

0 его выходного тока при любой скорости нарастания сигнала на входе ОУ. Это условие выполнено за счет использования двухстороннего ограничителя 4, ограничивающего сигнала на несимметричном высокоомном

5 выходе входного двух контактного дифференциального каскада 1 до уровня U0, резистора 5сопротивлениемР. Очевидно, что при введении этих элементов в состав малосигнального канала 2, входной ток инвертирующе0 го усилителя 6 не может превысить величины Uo/R. Такое решение практически никак не отражается на малосигнальных характеоисти- ках малосигнального канала 2,но np-i этом гарантируется линейный режим усиления

5 инвертирующего усилителя 6 при любой скорости нарастания сигнала на входе ОУ, если начальный ток смещения этого каскада выбран большим, чем Uo/R. Однако условие, при котором сигнальный ток каскада всегда

0 имеет меньшую величину по сравнению с начальным током его смещения, и есть условие малосигнального режима усиления.

Следовательно, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить искус5 ственный малосигнальный режим в ряде каскадов ОУ и тем самым обеспечить одновременно его хорошую линейность в режиме большего сигнала и хорошие параметры на постоянном токе, поскольку в выходном сумматоре 3 при работе ОУ в любом режиме

суммируются только линейные составляющие сигнала. Для реализации такой структуры ОУ следует дополнительно выполнить еще одно условие. Поскольку выход инвертирующего усилителя б нельзя непосредственно подключить к дополнительному входу сумматора 3, что привело бы к шунтированию низким выходным сопротивлением этого усилителя симметричных противофазных выходов входного двухконтактного дифференциального каскада 1 и к нарушению его работоспособности, между выходом инвертирующего усилителя 6 и входом выходного сумматора 3 необходим преобразователь напряжение-ток 7. Один из вариантов его конкретного выполнения показан на фиг.2. В качестве выходного сумматора 3 может использоваться либо простое соединение выходов малосигсального канала и входного двухконтактного дифференциального каскада 1, как это показано на фиг 2, либо каскад с ОБ, на входе которого суммируется сигнал с одного из противофазных высокоомных выходов входного двухтактного дифференциального каскада 1 и выходной сигнал малосигнального канала 2. Сигнал с другого противофазного высокоомного выхода может при этом поступать в точку суммирования либо непосредственно, либо также через каскад с ОБ. Использование таких каскадов позволяет несколько улучшить частотные свойства ОУ за счет снижения величины емкости приведенной к выходу ОУ.

Формула изобретения 1. Операционный усилитель, содержащий входной д вухтактн ый дифференциал ьн ый каскад, выполненный с двумя противофазными высокоомными выходами, и выходной сумматор, при этом противофазные высокоомкые выходы входного двухтактного дифференциального каскада подключены к соответствующим входам выходного сумматора, отличающийся тем, что, с целью улучшения статических характеристик без ухудшения быстродействия и линейности в режиме большого сигнала, входной двухтактный дифференциальный каскад выполнен с несимметричным высокоомным выходом, выходной сумматор выполнен с дополнительным входом и введен малосигнальный канал усиления, содержащий двухсторонний ограничитель, резистор, инвертирующий усилитель с конденсатором

в цепи обратной связи и прроОразпвоте .ь напряжение ток, причем несимметричный высокоомный выход входного двухтактною дифференциально о каскада подкл-счен че- 5 рез последовательно соединенные дв1. - сторонний ограничитель и резистоп к инвертирующего усилителя, выход кстороп через преобразователь напряжение ток подключен к дополнитетьному в/пэду суммэ- 0 тора

2. Усилитель по п. 1, о т л и а ю щ и и с я тем, что входной двухтактный дифференциальный каскад содержит первый, агорой, тре- тийг четвертый и пятый транзисторы олмого

5 типа, шестой, седьмой и восьмой транзисторы другого типа, первый второй и третий управляемые источники юка пепвый и второй резисторы, источник смещения и элемент смещения, при этом базы первого и второго

0 транзисторов яепяются неинвертирующим и инвертирующим входами входного двухтактного дифференциального каскада, базы шестого и седьмого транзисторов подключены соответственно к базам первого и второго

5 транзисторов, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соответственно через первый и второй резисторы подключены к эмиттерам шестого и седьмого транзисторов, а базы - к первому выводу источника смещения, входы

0 первого и второго управляемых источников тока соединены через эпе лент смещения и подключены к коллекторам шестого и четвертого транзисторов соответственно а их выходы подключены соответственно к второму и

5 первому выводам источника смещения, второй вывод которого соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов эмиттеры пятого и восьмого транзисторов подключены к соответствующим шинам источника гипа0 ния. их базы - к входам соответственно первого и второго управляемых ИСТОЧНИКОЕ тока. а их коллекторы являются соответствующими противофазными высокоомными выходами входного двухтактного дифференциально5 го каскада, коллекторы третьего и седьмого транзисторов соединены с соответствующими шинами источника питчиия, а коллекторы первого и второго транзисторов подключены соответственно к входу и аыходу третьего

0 управляемого источника тока, коллектор второго транзистора является несимметричным высокоомным выходом входного двухтактного дифференциального каскада

Изобретение относится к радиотехнике Цель изобретения - улучшение статических хлрактеристик без ухудшения быстродействия л линейности в режиме большого сигнала В операционном усилителе используется входной двухтактный дифференциальный каскад 1, выполненный с двумя противофаз- высокоомными выходами и несимметричным высокоомным выходом Введен малосигнальный канал 2 усиления, содержа щий двухсторонний ограничитель 4 резистор 5, инвертирующий усилитель 6 с конденсатором в цепи обратной связи и преобразователь 7 напряжение-ток Малосигнальный канал 2 усиления позволяв обеспечить искусственный малосигнальный режим в ряде каскадов операционного усилителя и тем самым обеспечить одновременно его хорошую линейность в режиме большого сигнала и хорошие параметры на постоянном токе, поскольку в выходном сумматоре 3 при работе операционного усилителя в любом режиме суммируются только линейные составляющие сигнала 1 з п ф лы, 2 ил ;СЛ с