×
29.05.2019
219.017.62ee

Результат интеллектуальной деятельности: Дифференциальный операционный усилитель

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники и аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых интерфейсах для обработки сигналов датчиков. Технический результат заключается в повышении разомкнутого коэффициента усиления по напряжению дифференциального операционного усилителя без увеличения напряжения питания и ухудшения диапазона изменения его выходного напряжения. Дифференциальный операционный усилитель содержит входные транзисторы, токостабилизирующие двухполюсники, эмиттеры, шину источника питания, транзисторы промежуточного каскада, транзисторы буферного усилителя. 6 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых интерфейсах для обработки сигналов датчиков.

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные операционные усилители (ДОУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ДОУ на основе комплементарных входных каскадов (так называемых dual-input-stage), двух токовых зеркал, согласованных с шинами положительного и отрицательного источников питания, и буферного усилителя [1-30]. ДОУ данного класса реализуются как на биполярных [1-16], так и на КМОП транзисторах [17-30]. Такая архитектура ДОУ [1-30] является основой более чем 50 серийных микросхем, выпускаемых ведущими микроэлектронными фирмами мира.

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является ДОУ по патентной заявке US № 2005/0024140, fig. 12, 2005г. Он содержит (фиг. 1) первый 1 и второй 2 входы устройства, первый 3 входной транзистор, база которого подключена к первому 1 входу устройства, второй 4 входной транзистор, база которого подключена ко второму 2 входу устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами первого 3 и второго 4 входных транзисторов и первой 6 шиной источника питания, третий 7 входной транзистор, база которого соединена с первым 1 входом устройства, четвертый 8 входной транзистор, база которого соединена со вторым 2 входом устройства, второй 9 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами третьего 7 и четвертого 8 входных транзисторов и второй 10 шиной источника питания, первый 11 и второй 12 входные транзисторы промежуточного каскада, базы которых объединены, эмиттеры связаны со второй 10 шиной источника питания, третий 13 и четвертый 14 входные транзисторы промежуточного каскада, базы которых объединены, а эмиттеры связаны с первой 6 шиной источника питания, коллекторы второго 12 и четвертого 14 входных транзисторов промежуточного каскада соединены друг с другом и связаны с базами первого 15 и второго 16 входных транзисторов буферного усилителя, первый 17 и второй 18 выходные транзисторы буферного усилителя, причем база первого 17 выходного транзистора буферного усилителя соединена с эмиттером первого 15 входного транзистора буферного усилителя и через третий 19 токостабилизирующий двухполюсник подключена ко второй 10 шине источника питания, база второго 18 выходного транзистора буферного усилителя соединена с эмиттером второго 16 входного транзистора буферного усилителя и через четвертый 20 токостабилизирующий двухполюсник подключена к первой 6 шине источника питания, объединенные эмиттеры первого 17 и второго 18 выходных транзисторов буферного усилителя связаны с выходом устройства 21, коллектор первого 17 выходного транзистора буферного усилителя подключен ко второй 10 шине источника питания, коллектор второго 18 выходного транзистора буферного усилителя соединен с первой 6 шиной источника питания.

Существенный недостаток известного ДОУ состоит в том, что при малых напряжениях питания он не обеспечивает повышенные значения коэффициента усиления по напряжению. Это связано с тем, что его входной каскад имеет усиление по напряжению меньше единицы, а основное усиление обеспечивается промежуточным каскадом (второй 12 и четвертый 14 входные транзисторы).

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в повышении разомкнутого коэффициента усиления по напряжению ДОУ без увеличения напряжения питания и ухудшения диапазона изменения его выходного напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг. 1, содержащем первый 1 и второй 2 входы устройства, первый 3 входной транзистор, база которого подключена к первому 1 входу устройства, второй 4 входной транзистор, база которого подключена ко второму 2 входу устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами первого 3 и второго 4 входных транзисторов и первой 6 шиной источника питания, третий 7 входной транзистор, база которого соединена с первым 1 входом устройства, четвертый 8 входной транзистор, база которого соединена со вторым 2 входом устройства, второй 9 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами третьего 7 и четвертого 8 входных транзисторов и второй 10 шиной источника питания, первый 11 и второй 12 входные транзисторы промежуточного каскада, базы которых объединены, эмиттеры связаны со второй 10 шиной источника питания, третий 13 и четвертый 14 входные транзисторы промежуточного каскада, базы которых объединены, а эмиттеры связаны с первой 6 шиной источника питания, коллекторы второго 12 и четвертого 14 входных транзисторов промежуточного каскада соединены друг с другом и связаны с базами первого 15 и второго 16 входных транзисторов буферного усилителя, первый 17 и второй 18 выходные транзисторы буферного усилителя, причем база первого 17 выходного транзистора буферного усилителя соединена с эмиттером первого 15 входного транзистора буферного усилителя и через третий 19 токостабилизирующий двухполюсник подключена ко второй 10 шине источника питания, база второго 18 выходного транзистора буферного усилителя соединена с эмиттером второго 16 входного транзистора буферного усилителя и через четвертый 20 токостабилизирующий двухполюсник подключена к первой 6 шине источника питания, объединенные эмиттеры первого 17 и второго 18 выходных транзисторов буферного усилителя связаны с выходом устройства 21, коллектор первого 17 выходного транзистора буферного усилителя подключен ко второй 10 шине источника питания, коллектор второго 18 выходного транзистора буферного усилителя соединен с первой 6 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи – коллектор первого 3 входного транзистора связан с объединенными базами первого 11 и второго 12 входных транзисторов промежуточного каскада, а также коллектором второго 16 входного транзистора буферного усилителя и через пятый 22 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 10 шиной источника питания, коллектор третьего 7 входного транзистора соединен с объединенными базами третьего 13 и четвертого 14 входных транзисторов промежуточного каскада, а также коллектором первого 15 входного транзистора буферного усилителя и через шестой 23 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 6 шиной источника питания, причем коллектор первого 11 входного транзистора промежуточного каскада соединен с базой второго 18 выходного транзистора буферного усилителя, а коллектор третьего 13 входного транзистора промежуточного каскада связан с базой первого 17 выходного транзистора буферного усилителя, коллектор второго 4 входного транзистора согласован со второй 10 шиной источника питания, а коллектор четвертого 8 входного транзистора согласован с первой 6 шиной источника питания.

На фиг. 1 показана схема ДОУ-прототипа.

На фиг. 2 представлена схема заявляемого ДОУ.

На фиг. 3 приведена схема ДОУ-прототипа фиг. 1 при 100% отрицательной обратной связи (ООС) в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов TP15S и TN15S АО «НПП Пульсар» (г. Москва).

На фиг. 4 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления разомкнутого ДОУ-прототипа фиг. 3.

На фиг. 5 приведена схема заявляемого ДОУ фиг. 2 при 100% отрицательной обратной связи в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов TP15S и TN15S АО «НПП Пульсар» (г. Москва).

На фиг. 6 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления разомкнутого ДОУ фиг. 5.

Дифференциальный операционный усилитель фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 входы устройства, первый 3 входной транзистор, база которого подключена к первому 1 входу устройства, второй 4 входной транзистор, база которого подключена ко второму 2 входу устройства, первый 5 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами первого 3 и второго 4 входных транзисторов и первой 6 шиной источника питания, третий 7 входной транзистор, база которого соединена с первым 1 входом устройства, четвертый 8 входной транзистор, база которого соединена со вторым 2 входом устройства, второй 9 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами третьего 7 и четвертого 8 входных транзисторов и второй 10 шиной источника питания, первый 11 и второй 12 входные транзисторы промежуточного каскада, базы которых объединены, эмиттеры связаны со второй 10 шиной источника питания, третий 13 и четвертый 14 входные транзисторы промежуточного каскада, базы которых объединены, а эмиттеры связаны с первой 6 шиной источника питания, коллекторы второго 12 и четвертого 14 входных транзисторов промежуточного каскада соединены друг с другом и связаны с базами первого 15 и второго 16 входных транзисторов буферного усилителя, первый 17 и второй 18 выходные транзисторы буферного усилителя, причем база первого 17 выходного транзистора буферного усилителя соединена с эмиттером первого 15 входного транзистора буферного усилителя и через третий 19 токостабилизирующий двухполюсник подключена ко второй 10 шине источника питания, база второго 18 выходного транзистора буферного усилителя соединена с эмиттером второго 16 входного транзистора буферного усилителя и через четвертый 20 токостабилизирующий двухполюсник подключена к первой 6 шине источника питания, объединенные эмиттеры первого 17 и второго 18 выходных транзисторов буферного усилителя связаны с выходом устройства 21, коллектор первого 17 выходного транзистора буферного усилителя подключен ко второй 10 шине источника питания, коллектор второго 18 выходного транзистора буферного усилителя соединен с первой 6 шиной источника питания. Коллектор первого 3 входного транзистора связан с объединенными базами первого 11 и второго 12 входных транзисторов промежуточного каскада, а также коллектором второго 16 входного транзистора буферного усилителя и через пятый 22 токостабилизирующий двухполюсник связан со второй 10 шиной источника питания, коллектор третьего 7 входного транзистора соединен с объединенными базами третьего 13 и четвертого 14 входных транзисторов промежуточного каскада, а также коллектором первого 15 входного транзистора буферного усилителя и через шестой 23 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 6 шиной источника питания, причем коллектор первого 11 входного транзистора промежуточного каскада соединен с базой второго 18 выходного транзистора буферного усилителя, а коллектор третьего 13 входного транзистора промежуточного каскада связан с базой первого 17 выходного транзистора буферного усилителя, коллектор второго 4 входного транзистора согласован со второй 10 шиной источника питания, а коллектор четвертого 8 входного транзистора согласован с первой 6 шиной источника питания.

Работу и эффективность предлагаемого ДОУ фиг. 2 иллюстрируют результаты сравнительного компьютерного моделирования схем ДОУ-прототипа фиг. 3 и заявляемого устройства фиг. 5, представленные на графиках фиг. 4 и фиг.6. Анализ эти графиков показывает, что при идентичных выходном и входном каскадах, а также идентичных напряжениях питания заявляемый ДОУ фиг. 2 имеет на порядок более высокое разомкнутое усиление по напряжению. Данный эффект достигается за счет создания условий для усиления сигнала входным каскадом, в то время как в ДОУ-прототипе этот каскад обеспечивает усиление менее единицы.

Таким образом, в сравнении с ДОУ-прототипом предлагаемый ДОУ при одинаковых напряжениях питания обладает существенным преимуществом по величине разомкнутого коэффициента усиления по напряжению. В конечном итоге, это снижает погрешности преобразования сигналов и аналоговых интерфейсов на основе заявляемого устройства, в том числе в экстремальных условиях эксплуатации [31].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 4.783.637, fig. 1, 1988 г.

2. Патент US 5.515.005, fig.1, fig. 2, 1996 г.

3. Патентная заявка US 2005/0024140, fig. 9, fig. 11, 2005 г.

4. Патент SU № 1220105, 1984 г.

5. Патент US 3.968.451, fig.7, 1976 г.

6. Патент US 5.374.897, fig. 3a, 1994 г.

7. Патент US 6.504.419, fig. 2, 2003 г.

8. Патент US 5.512.859, fig. 1, 1996 г.

9. Патент US 4.636.743, fig. 1,1987 г.

10. Патент US 6.268.769, fig. 3, 2001 г.

11. Патент US 3.974.455, 1976 г.

12. Патент US 5.291.149, 1994 г.

13. Авт. свид. СССР № 530425

14. Патент US 5.814.953, 1998 г.

15. Патент US 5.225.791, 1993 г.

16. Авт. свид. СССР № 611288

17. Патент US 5.714.906, fig. 9a, fig. 15, 1998 г.

18. Патент US 6.794.940, fig. 1, 2004 г.

19. Патентная заявка US 2006/0125522, fig. 1a, fig. 1b, 2006 г.

20. Патентная заявка US 2006/0226908, fig. 4, 2006 г.

21. Патентная заявка US 2001/0052818, fig. 1, 2001 г.

22. Заявка на патент US 2004/0174216, fig. 1, fig. 2, 2004 г.

23. Патент EP 1150423 fig.3, 2001 г.

24. Патентная заявка US 2003/0206060, 2003 г.

25. Патент US 6.642.789, 2003 г.

26. Патент US 4.377.789, 1983 г.

27. Патент US 6.100.762, fig. 1, 2000 г.

28. Патент US 5.909.146, fig. 1, 1999 г.

29. Патент US 5.621.357, fig. 4, 1997 г.

30. Патент US 6.844.781, fig.2, 2005 г.

31. O. V. Dvornikov, V. L. Dziatlau, N. N. Prokopenko, K. O. Petrosiants, N. V. Kozhukhov and V. A. Tchekhovski, "The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors," 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Astana, 2017, pp. 1-6. DOI: 10.1109/SIBCON.2017.7998507.

Дифференциальный операционный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входы устройства, первый (3) входной транзистор, база которого подключена к первому (1) входу устройства, второй (4) входной транзистор, база которого подключена ко второму (2) входу устройства, первый (5) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами первого (3) и второго (4) входных транзисторов и первой (6) шиной источника питания, третий (7) входной транзистор, база которого соединена с первым (1) входом устройства, четвертый (8) входной транзистор, база которого соединена со вторым (2) входом устройства, второй (9) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между объединенными эмиттерами третьего (7) и четвертого (8) входных транзисторов и второй (10) шиной источника питания, первый (11) и второй (12) входные транзисторы промежуточного каскада, базы которых объединены, эмиттеры связаны со второй (10) шиной источника питания, третий (13) и четвертый (14) входные транзисторы промежуточного каскада, базы которых объединены, а эмиттеры связаны с первой (6) шиной источника питания, коллекторы второго (12) и четвертого (14) входных транзисторов промежуточного каскада соединены друг с другом и связаны с базами первого (15) и второго (16) входных транзисторов буферного усилителя, первый (17) и второй (18) выходные транзисторы буферного усилителя, причем база первого (17) выходного транзистора буферного усилителя соединена с эмиттером первого (15) входного транзистора буферного усилителя и через третий (19) токостабилизирующий двухполюсник подключена ко второй (10) шине источника питания, база второго (18) выходного транзистора буферного усилителя соединена с эмиттером второго (16) входного транзистора буферного усилителя и через четвертый (20) токостабилизирующий двухполюсник подключена к первой (6) шине источника питания, объединенные эмиттеры первого (17) и второго (18) выходных транзисторов буферного усилителя связаны с выходом устройства (21), коллектор первого (17) выходного транзистора буферного усилителя подключен ко второй (10) шине источника питания, коллектор второго (18) выходного транзистора буферного усилителя соединен с первой (6) шиной источника питания, отличающийся тем, что коллектор первого (3) входного транзистора связан с объединенными базами первого (11) и второго (12) входных транзисторов промежуточного каскада, а также коллектором второго (16) входного транзистора буферного усилителя и через пятый (22) токостабилизирующий двухполюсник связан со второй (10) шиной источника питания, коллектор третьего (7) входного транзистора соединен с объединенными базами третьего (13) и четвертого (14) входных транзисторов промежуточного каскада, а также коллектором первого (15) входного транзистора буферного усилителя и через шестой (23) токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой (6) шиной источника питания, причем коллектор первого (11) входного транзистора промежуточного каскада соединен с базой второго (18) выходного транзистора буферного усилителя, а коллектор третьего (13) входного транзистора промежуточного каскада связан с базой первого (17) выходного транзистора буферного усилителя, коллектор второго (4) входного транзистора согласован со второй (10) шиной источника питания, а коллектор четвертого (8) входного транзистора согласован с первой (6) шиной источника питания.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 131-140 из 216.
16.02.2019
№219.016.bb79

Дифференциальный усилитель на комплементарных полевых транзисторах с управляемым напряжением ограничения проходной характеристики

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов. Технический результат заключается в повышении стабильности статического режима при отрицательных температурах и изменении напряжений питания, также обеспечивается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679970
Дата охранного документа: 14.02.2019
29.03.2019
№219.016.edf0

Быстродействующий операционный усилитель с повышенной скоростью нарастания выходного напряжения

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: повышение максимальной скорости нарастания выходного напряжения и уменьшение времени установления переходного процесса. Для этого предложен быстродействующий операционный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683160
Дата охранного документа: 26.03.2019
30.03.2019
№219.016.f921

Компенсационный стабилизатор напряжения

Изобретение относится к области вторичных источников электропитания и может быть использовано в структуре систем на кристалле (СнК). Технический результат: уменьшение амплитуды «провалов» и «всплесков» выходного напряжения компенсационного стабилизатора напряжения (КСН) при импульсных токах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683249
Дата охранного документа: 27.03.2019
04.04.2019
№219.016.fb76

Многоканальный быстродействующий операционный усилитель

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в аналоговых интерфейсах и устройствах преобразования сигналов, в том числе работающих в диапазоне низких температур и проникающей радиации. Технический результат заключается в повышении максимальной скорости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683851
Дата охранного документа: 02.04.2019
12.04.2019
№219.017.0b7f

Буферный усилитель на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом для работы при низких температурах

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в качестве двухтактных буферных и выходных усилителей мощности различных аналоговых устройств (операционных усилителей, драйверов линий связи и т.п.), допускающих работу в условиях воздействия проникающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684489
Дата охранного документа: 09.04.2019
12.04.2019
№219.017.0bd4

Быстродействующий дифференциальный операционный усилитель с дифференцирующими цепями коррекции

Изобретение относится к дифференциальным операционным усилителям. Технический результат заключается в повышении максимальной скорости нарастания выходного напряжения без ухудшения энергетических параметров. Дифференциальный операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684500
Дата охранного документа: 09.04.2019
12.04.2019
№219.017.0c0b

Дифференциальный каскад на комплементарных полевых транзисторах

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, например, операционных усилителях (ОУ), компараторах, мостовых усилителях мощности и т.п., в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684473
Дата охранного документа: 09.04.2019
10.05.2019
№219.017.514b

Буферный усилитель для работы при низких температурах

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в создании радиационно-стойкого и низкотемпературного схемотехнического решения буферного усилителя. Буферный усилитель для работы при низких температурах содержит вход и выход устройства, неинвертирующий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687161
Дата охранного документа: 07.05.2019
29.05.2019
№219.017.6296

Полосовой arc-фильтр на двух операционных усилителях с понижением частоты полюса и независимой подстройкой основных параметров

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для ограничения спектра источника сигнала. Техническим результатом изобретения является создание схемы полосового АRC-фильтра с понижением частоты полюса, которая обеспечивает независимую подстройку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688237
Дата охранного документа: 21.05.2019
29.05.2019
№219.017.62c0

Дифференциальный усилитель на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов. Технический результат заключается в повышении стабильности статического режима входных полевых транзисторов при отрицательных температурах, возможности изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688225
Дата охранного документа: 21.05.2019
+ добавить свой РИД