Дифференциальный усилитель Советский патент 1980 года по МПК H03F3/45 

(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Изобретение относится к радиотехнике. Усилитель может использоваться для работы с высокоомным датчиком в условиях значительного охлаждения, например при К1; 1огенных температурах. Известен дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад на полевых транзисторах, один из которых имеет в цепи стока динамическую нагрузку на полевом транзисторе с соединенным затвором и истоком, генера тор тока входного каскада и дифференциальный промежуточный каскад, первый вход которого подключен к точке соединения динамической нагрузки и стока полевого транзистора входного каскада 1 . Однако в известном дифференциальном усилителе сигнал проходит через цепи, образующие дополнительные постоянные времени, что приводят к снижению стабильности при работе с обратнойсвязью, усложняя, в частности, коррекцию характеристики усилителя для обеспечения стабильности. Кроме того, за счет биполярных транзисторов происходит понижение чувствительности и стабильности рендама по постоянному току особенно при значительном охлаждении. 11ель изобретения - повышение стабильности и чувствительности усилителя.. .. . Для этого в дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад на полевых транзисторах, один из который имеет в цепи стока динамическую нагрузку на полевом транзисторе с соединенными затворсэм и истоком, генератор тока входного каскада и цяфференциальный промежуточный каскад, первый вход которого подключен к точке соединения динамической нагрузки и стока полевого транзистора входного каскада, введены источник опорного напряжения и дополнительный полевой транзистор, идентичный транзистору динамической нагрузки. Причем исток дополнительного транзистора соединен со стоком другого полевого транзистора входного каскада. ШтвЬр подключен К второму входу про , межуточного каскада, а сток соединен со стоком полевого гранэисторадййШйчёской нагрузки. При этом в промежуточном кйскаде в качестве входных использованы полевые транзисторы, источник опорного напряжения включен между заТЕ.ором и стоком дополнительного полевого транзистора а генератор тока входного каскада выполнен на двух парйгГле;1ЬЙЬ в1Шючетых полевых транзисторах, идентичных транзистору динамической нагрузки. На чертеже приведена электрическая привдйпиальная схема предложенного усилителя.., Дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад на пол& ВЬ1Х транзисторах 1 и 2; динамическую нагрузку на полевом транзисторе 3, генератор, тока входного каскада на полевых транзисторах 4 и 5, источник 6 опорного напряжения, дополнительный полевой транзистор 7, дифференциальный промежуточный каскад, состоящий из входных полевых транзисторов 8 и 9, транзисторов 10 и 11, генератора тока 12 и нагрузки 13 и конденсатор 14 частотной коррекции. Усилитель работает следующим оЬразом. Если сигнал на входе отсутствует, а полевые транзисторы 1 и 2 симметричны то токи их стоков равны. При этом равны теки истоков полевого транзистора 3 динамической нагрузки и дополнительного полевого транзистора 7. В то же время на выходе дифференциального усилителя устанавливается ноль, если напряжегше на затворе полевого транзистора 8 становит ся равным напряжению на затворе полёво го транзистора 9, задаваемому источником б опорного напряжении, что обес печивается сог.ласованием полевых тран шсторов 4 и 5 генератора тока и полевого транзистора 3 цинамич еской нагрузки. В этом случае, очевидно, равны напряжения на затворах полевого транзистора 3 и дополнительного полевого транзистора7, Таким образом, в статическом режиме транзисторы 3 и 7 имеют одинаковые токи истйсов и одинаковые напряжашя на затворах. Так как эти транзисторы идентичны, то потенциалы их исто- ков , что означает равенство напря жений на стоках входных полевых транзи торов 1 и 2. При этОм йШёЖнМ ржима промежуточного 1 ка ИШ Ш ШШ Характеристик его транзисторов (ссбтфа нением взаимной симметрии плеч) отражается только на потенциале истоков входных полевых транзисторов 8 и 9, не изменяя режим входного каскада, так как потенциалы затворов входного полевого транзистора 9 и дополнительного полевого транзистора 7 задаются источникбм опорного напряжения. В результате входные полевые транзисторы 1 и 2 имеют равные напряжения на стоках, причем величина напряжения не зависит от режима промежуточного каскада. Это обеспечивает стабильность дифференциального усилителя, в том числе и при значительном охла кдении, например до криогенных: температур, а также повышает чувствительноЪть за счет иckлючeния влияния шумов биполярных транзисторов. При подаче на вход сигнала происходит изменение тока стЬка входного полевого транзистора 1, которое образует на высокоомной динамической нагрузке на полевом транзисторе 3 усиленное нагьряжение. Зто напряжение поступает на затвор входного полевого транзистора 8 промежуточного каскада и усиленное этим каскадом пойвляетсянавыхЪде.В то же время изменение тока стока входного полевого транзистора 2 не вызывает прохождение сигнала на вход промежуточного каскада, так потенциал 3aTnOfja дополнительного полевого транзистора 7 и соединенного с ним затвора входного полевого транзистора 9 задается источником 6 опорного напряжения. В результате при сохранении высокого усилений во входном каскаде устраняются цепи, образующие дополнительи 1е постоянные времени, что повышает стабильность при работе с обратной связью и упрощает частотную для обеспечения заданной стабиль- . ти. Формула изобретения Дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад на полевых транзисторах, один из KOTOpbix имеет в цепи стока динамическую нагрузку на полевом транзисторе с соединенными затвором и истоком, генератор тока входного каскада и дифференциальный промежуточный каскад, первый вход которого подключен к точке соединений динамической нагрузки и стсжа полевого транзистора входного каскада, отличающийс я тем, что, с целью повышения стабипьпшТ1иГи чувствительности в него введены йсШчйюс опорного напряжения и дополнительный полевой транзистор, идентичпый транзистору динамической , нагрузки, гфичем исток дополнительного транзистора соединен со стоком другого полевого транзистора входного каскада, затвор подключен к второму входу промежуточного каскада, а сток соединен со бтоком полевм о транзистора динамической нагрузки, при этом в промежуточном каскаде в качестве входных использованы полевые транзисторы источник опорного напряжения включен

дополнительмежду затвором и стоком а генератор ного полевотО транзистора. тока входного каскада выполнен на двух параллельно включенных полевых транзисторах, идентичных транзистору динамической нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3959733, кл. Н 03 Р 3/45, 1976 (прототип).