RU2307456C1 - Output cascade for rapid action operational amplifier - Google Patents
Output cascade for rapid action operational amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2307456C1 RU2307456C1 RU2006106443/09A RU2006106443A RU2307456C1 RU 2307456 C1 RU2307456 C1 RU 2307456C1 RU 2006106443/09 A RU2006106443/09 A RU 2006106443/09A RU 2006106443 A RU2006106443 A RU 2006106443A RU 2307456 C1 RU2307456 C1 RU 2307456C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- emitter
- transistor
- transistors
- Prior art date
Links
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 102000004207 Neuropilin-1 Human genes 0.000 description 6
- 108090000772 Neuropilin-1 Proteins 0.000 description 6
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 4
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве выходного устройства для усиления быстроизменяющихся аналоговых сигналов по мощности (буферного усилителя), в структуре входных каскадов аналоговых микросхем различного функционального назначения, например, операционных усилителях с токовой обратной связью.The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as an output device for amplifying rapidly changing analog signals in power (buffer amplifier), in the structure of input stages of analog microcircuits for various functional purposes, for example, operational amplifiers with current feedback.
Известны схемы двухтактных выходных каскадов на n-p-n и p-n-p транзисторах [1], которые стали одним из базовых элементов многих аналоговых микросхем, широко используются в структуре различных УНЧ и операционных усилителях как в выходных, так и во входных цепях. Благодаря хорошим статическим и другим характеристикам такие выходные каскады получили специальное название «бриллиантовые» транзисторы. На их совершенствование выдано более 50 патентов в разных странах [1-50].Known schemes for push-pull output stages on n-p-n and p-n-p transistors [1], which have become one of the basic elements of many analog microcircuits, are widely used in the structure of various ULFs and operational amplifiers in both output and input circuits. Due to their good static and other characteristics, such output cascades received the special name “diamond” transistors. Over 50 patents have been issued for their improvement in different countries [1-50].
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является выходной каскад, описанный в патентной заявке США US 2005/0127999 A1 (фиг.1) от 16.06.2005, содержащий первый n-p-n 1 и второй p-n-p 2 входные транзисторы с объединенными базами, причем эмиттер первого входного n-p-n 1 транзистора соединен с коллекторным выходом первого токового зеркала 3 и базой первого выходного p-n-p транзистора 4, эмиттер второго входного p-n-p транзистора 2 соединен с коллекторным выходом второго токового зеркала 5 и базой второго выходного n-p-n транзистора 6, а эмиттеры первого 4 и второго 6 выходных транзисторов связаны с нагрузкой 7.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is the output stage described in US patent application US 2005/0127999 A1 (figure 1) dated 06/16/2005, containing the
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно имеет большое время установления переходного процесса (tфр) при работе с быстроизменяющимися импульсными сигналами большой амплитуды, а также невысокие значения максимальной скорости нарастания выходного напряжения (ϑвых).A significant disadvantage of the known device is that it has a long transient establishment time (t fr ) when working with rapidly changing pulsed signals of large amplitude, as well as low values of the maximum slew rate of the output voltage (ϑ out ).
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении быстродействия выходного каскада - уменьшении в 20-50 раз времени установления переходного процесса (tфр) для заданной зоны динамической ошибки ε0=10%, и увеличения максимальной скорости нарастания выходного напряжения ϑвых в 20-40 раз.The main objective of the invention is to increase the speed of the output stage - to reduce by 20-50 times the time to establish the transient process (t fr ) for a given zone of dynamic error ε 0 = 10%, and increase the maximum slew rate of the output voltage ϑ output by 20-40 times .
Поставленная цель достигается тем, что в выходной каскад (ВК) фиг.1, содержащий первый n-p-n 1 и второй p-n-p 2 входные транзисторы с объединенными базами, причем эмиттер первого входного n-p-n 1 транзистора соединен с коллекторным выходом первого токового зеркала 3 и базой первого выходного p-n-p транзистора 4, эмиттер второго входного p-n-p транзистора 2 соединен с коллекторным выходом второго токового зеркала 5 и базой второго выходного n-p-n транзистора 6, а эмиттеры первого 4 и второго 6 выходных транзисторов связаны с нагрузкой 7, вводятся новые элементы и связи - первый p-n-p 8 и второй n-p-n 9 вспомогательные транзисторы, причем эмиттер первого вспомогательного p-n-p транзистора 8 соединен с первым корректирующим конденсатором 10 и первым дополнительным источником опорного тока 11, его база подключена к эмиттеру второго 2 входного p-n-p транзистора, а коллектор - ко входу первого токового зеркала 3, эмиттер второго вспомогательного n-p-n транзистора 9 соединен со вторым корректирующим конденсатором 12 и вторым дополнительным источником опорного тока 13, а коллектор подключен ко входу второго токового зеркала 5.This goal is achieved in that in the output stage (VK) of figure 1, containing the
Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения приведена на чертеже фиг.2.The scheme of the claimed device in accordance with
На чертеже фиг.3 показан заявляемый ВК в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП "Пульсар". На чертеже фиг.4, показан переходный процесс на выходе заявляемого устройства при различных значениях емкости корректирующих конденсаторов 10 и 12 (Cs), полученный в результате компьютерного моделирования схемы фиг.3.The drawing of figure 3 shows the inventive VK in the computer simulation environment PSpice on the models of integrated transistors FSUE NPP "Pulsar". In the drawing of FIG. 4, a transition process is shown at the output of the inventive device at various capacitance values of the
На чертеже фиг.5 показан переходный процесс в заявляемом и известном устройствах, что позволяет сравнить их параметры в одинаковом масштабе и одинаковых режимах измерения.The drawing of figure 5 shows the transient in the claimed and known devices, which allows you to compare their parameters on the same scale and the same measurement modes.
На чертеже фиг.6 показана схема заявляемого ВК по п.2 формулы изобретения в среде PSpice. При этом коэффициент передачи по току первого 3 (VT30, VT9) и второго 5 (VT1, VT29) токовых зеркал выбраны за счет изменения площадей эмиттерных переходов их транзисторов на уровне Ki=4. Это позволило исключить корректирующие конденсаторы 10 и 12 и использовать для повышения быстродействия естественные емкости транзисторов VT33, VT35 и VT34.The drawing of Fig.6 shows a diagram of the inventive VK according to
На чертеже фиг.7 представлены результаты компьютерного моделирования ВК фиг.6, которые показывают, что заявляемое устройство имеет (в сравнении с прототипом) в 40÷70 раз большую среднюю скорость нарастания выходного напряжения и в 40÷50 раз меньшее время установления переходного процесса.The drawing of Fig. 7 shows the results of computer simulations of the VC of Fig. 6, which show that the inventive device has (in comparison with the prototype) 40–70 times higher average slew rate of the output voltage and 40–50 times less transient establishment time.
Выходной каскад фиг.2 содержит первый n-p-n 1 и второй p-n-p 2 входные транзисторы с объединенными базами, причем эмиттер первого входного n-p-n 1 транзистора соединен с коллекторным выходом первого токового зеркала 3 и базой первого выходного p-n-p транзистора 4, эмиттер второго входного p-n-p транзистора 2 соединен с коллекторным выходом второго токового зеркала 5 и базой второго выходного n-p-n транзистора 6, а эмиттеры первого 4 и второго 6 выходных транзисторов связаны с нагрузкой 7. В схему введены первый p-n-p 8 и второй n-p-n 9 вспомогательные транзисторы, причем эмиттер первого вспомогательного p-n-p транзистора 8 соединен с первым корректирующим конденсатором 10 и первым дополнительным источником опорного тока 11, его база подключена к эмиттеру второго 2 входного p-n-p транзистора, а коллектор - ко входу первого токового зеркала 3, эмиттер второго вспомогательного n-p-n транзистора 9 соединен со вторым корректирующим конденсатором 12 и вторым дополнительным источником опорного тока 13, а коллектор подключен ко входу второго токового зеркала 5.The output stage of figure 2 contains the
В заявляемом устройстве фиг.2 отношение площадей эмиттерного перехода транзисторов, образующих токовые зеркала 5 и 3 варьируются на уровне 1÷10, что позволяет использовать в качестве корректирующих конденсаторов 10 и 12 емкости на подложку и Скб транзисторов ВК.In the inventive device of figure 2, the ratio of the areas of the emitter junction of the transistors forming the
Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2.Consider the operation of the inventive device of figure 2.
В статическом режиме эмиттерные токи транзисторов 1 и 2 равны выходным токам токовых зеркал 3 и 5:In static mode, the emitter currents of
IЭ1=Ki3·I11,I E1 = K i3 · I 11 ,
IЭ2=Ki5·I13,I E2 = K i5 · I 13 ,
где Кi3, Кi5 - коэффициенты усиления по току токовых зеркал 3 и 5, зависящие от отношения площадей эмиттерных переходов их транзисторов,where K i3 , K i5 - current gain of
I11, I13 - токи источников опорного тока 11 и 13.I 11 , I 13 - currents of the sources of the reference current 11 and 13.
В частных случаях коэффициенты Кi3 и Кi5 выбираются в зависимости от численных значений емкостей 10 и 12 и эквивалентных емкостей в эмиттерных цепях транзисторов 1 (С∑1) и 2 (С∑2) в диапазоне 1÷10.In particular cases, the coefficients K K i3 and i5 are selected depending on the numerical values of the
Если на вход ВК подается импульс положительного входного напряжения, близкий к напряжению питания, то это вызывает практически мгновенное запирание транзистора 2. При этом входной импульс передается в эмиттер транзисторов 1, 4, 9, вызывая "скачок" тока коллектора транзистора 9 и, следовательно, выходного тока повторителя 5. Это вызывает быстрый перезаряд суммарной эквивалентной емкости (С∑2) в эмиттерной цепи транзистора 2. Данная емкость складывается из емкостей коллектор-база транзисторов 8 и 6, а также емкости на подложку выходного транзистора токового зеркала 5. Типовые значения С∑2=1÷3 пФ.If a positive input voltage pulse close to the supply voltage is applied to the VK input, this causes an almost instantaneous shutdown of
Как показывает компьютерное моделирование схем фиг.3, фиг.6 форсирование тока перезаряда паразитной емкости С∑2 повышает быстродействие ВК в 30÷50 раз. При этом данный эффект обеспечивается без увеличения входной емкости ВК и ухудшения стабильности его статического режима.As computer simulation of the circuits of Fig. 3, Fig. 6 shows, forcing the parasitic capacitance recharge current C ∑ 2 increases the VC speed by 30–50 times. Moreover, this effect is provided without increasing the input capacitance of the VC and the deterioration of the stability of its static mode.
Источники информацииInformation sources
1. Полонников Д.Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника. - М., 1983.1. Polonnikov D.E. Operational amplifiers: principles of construction, theory, circuitry. - M., 1983.
2. Патент Японии JP 2003258529.2. Japanese Patent JP 2003258529.
3. Патент Японии JP 2000183666.3. Japan patent JP 2000183666.
4. Патент Японии JP 2000165156.4. Japanese Patent JP 2000165156.
5. Патент Японии JP 10065457.5. Japanese patent JP 10065457.
6. Патент Японии JP 11167368.6. Japan Patent JP 11167368.
7. Патент Японии JP 10163763.7. Japanese Patent JP 10163763.
8. Патент Японии JP 8237044.8. Japanese Patent JP 8237044.
9. Патент Японии JP 2004260395.9. Japanese patent JP 2004260395.
10. Патент Японии JP 10270954.10. Japanese Patent JP 10270954.
11. Патент Японии JP 6204759.11. Japan patent JP 6204759.
12. Патент Японии JP 11251846.12. Japan Patent JP 11251846.
13. Патент Японии JP 10022747.13. Japanese patent JP 10022747.
14. Патент США №4477780.14. US patent No. 4477780.
15. Патент США №6160451.15. US patent No. 6160451.
16. Патент США №4412184.16. US patent No. 4412184.
17. Патент США №5170134.17. US patent No. 5170134.
18. Патент США №5907262.18. US patent No. 5907262.
19. Патент США №5049653.19. US patent No. 5049653.
20. Патент США №6420933.20. US patent No. 6420933.
21. Патент США №6166603.21. US patent No. 6166603.
22. Патент США №6262633.22. US Patent No. 6262633.
23. Патент США №5510754.23. US patent No. 5510754.
24. Патент США №5512859.24. US patent No. 5512859.
25. Патент США №5357211.25. US patent No. 5357211.
26. Патент США №6181204.26. US patent No. 6181204.
27. Патент США №6278356.27. US patent No. 6278356.
28. Патент США №6542032.28. US patent No. 6542032.
29. Патент США №5352969.29. US patent No. 5352969.
30. Патент США №5399991.30. US patent No. 5399991.
31. Патент США №4160216.31. US patent No. 4160216.
32. Патент США №5623230.32. US patent No. 5623230.
33. Патент США №5568090.33. US patent No. 5568090.
34. Патент США №6459338.34. US patent No. 6459338.
35. Патент США №6466062.35. US patent No. 6466062.
36. Патент США №6552612.36. US patent No. 6552612.
37. Патент США №5003269.37. US patent No. 5003269.
38. Патент США №5786731.38. US patent No. 5786731.
39. Патент США №5455533.39. US patent No. 5455533.
40. Патент США №5955908.40. US patent No. 5955908.
41. Патент США №6535063.41. US patent No. 6535063.
42. Патент США №5351012.42. US patent No. 5351012.
43. Патент США №4893091.43. US patent No. 4893091.
44. Патент ЕР 1418668.44.
45. Патент ЕР 0786858 В1.45. Patent EP 0786858 B1.
46. WO 03/043185 A1.46. WO 03/043185 A1.
47. Patent A.P. US 2002/0121934 А1.47. Patent A.P. US2002 / 0121934 A1.
48. А. с. СССР 1042156.48. A. p. USSR 1042156.
49. Патент RU 2168263.49. Patent RU 2168263.
50. А. с. СССР 1506512.50. A. p. USSR 1506512.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006106443/09A RU2307456C1 (en) | 2006-03-01 | 2006-03-01 | Output cascade for rapid action operational amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006106443/09A RU2307456C1 (en) | 2006-03-01 | 2006-03-01 | Output cascade for rapid action operational amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2307456C1 true RU2307456C1 (en) | 2007-09-27 |
Family
ID=38954332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006106443/09A RU2307456C1 (en) | 2006-03-01 | 2006-03-01 | Output cascade for rapid action operational amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2307456C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444114C1 (en) * | 2011-03-11 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Operational amplifier with low-resistance load |
| RU2446553C1 (en) * | 2010-08-30 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Buffer amplifier |
| RU2519440C1 (en) * | 2012-11-29 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Transimpedance converter of signals of avalanche photodetectors and silicon photomultipliers |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU785952A1 (en) * | 1979-01-08 | 1980-12-07 | Предприятие П/Я М-5222 | Repeater |
| US5049653A (en) * | 1989-02-02 | 1991-09-17 | Comlinear Corporation | Wideband buffer amplifier with high slew rate |
| US20050127999A1 (en) * | 2003-12-11 | 2005-06-16 | Charles Parkhurst | Low distortion and high slew rate output stage for voltage feedback amplifier |
-
2006
- 2006-03-01 RU RU2006106443/09A patent/RU2307456C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU785952A1 (en) * | 1979-01-08 | 1980-12-07 | Предприятие П/Я М-5222 | Repeater |
| US5049653A (en) * | 1989-02-02 | 1991-09-17 | Comlinear Corporation | Wideband buffer amplifier with high slew rate |
| US20050127999A1 (en) * | 2003-12-11 | 2005-06-16 | Charles Parkhurst | Low distortion and high slew rate output stage for voltage feedback amplifier |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446553C1 (en) * | 2010-08-30 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Buffer amplifier |
| RU2444114C1 (en) * | 2011-03-11 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Operational amplifier with low-resistance load |
| RU2519440C1 (en) * | 2012-11-29 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Transimpedance converter of signals of avalanche photodetectors and silicon photomultipliers |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3088262B2 (en) | Low distortion differential amplifier circuit | |
| RU2307456C1 (en) | Output cascade for rapid action operational amplifier | |
| Chen et al. | A high speed/power ratio continuous-time CMOS current comparator | |
| RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
| RU2333593C1 (en) | Differential amplifier with wider active operation range | |
| RU2321157C1 (en) | Input cascade of fast action operational amplifier with nonlinear current check connection | |
| RU2390910C1 (en) | Quick-acting buffer amplifier | |
| RU2374756C1 (en) | Multidifferential amplifer | |
| RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
| RU2331972C1 (en) | Differential amplifier with high voltage amplification factor | |
| RU2374757C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
| RU2368064C1 (en) | Precision operational amplifier | |
| RU2321160C1 (en) | Cascode differential amplifier with extended range of active operation | |
| RU2393629C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier | |
| RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
| RU2390911C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
| RU2419187C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased zero level stability | |
| RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
| RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
| RU2374758C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier | |
| RU2319295C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
| RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit | |
| RU2292638C1 (en) | Differential amplifier characterized in enhanced common-mode signal attenuation | |
| RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
| RU2402150C1 (en) | Current mirror with load circuit in form of cascade at transistor with common emitter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110302 |