Операционный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ И СТИЧ Е С К ИХРЕСПУБЛИК 1)5 Н 03 Е 3/45, 3/ ИЯ,ЗОБ ИСА И Т сится к усилительным начено для использоличного назначения, ентами аналоговых и тем в интегральном х транзисторах. еличение диапанэп ряжения.на принципиальоперэционного вл м литель содержит ный каскад 1, соока 2, первый и ГОсудАРстВенный кОмитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Новосибирский электротехническийинститут связи им, Н.Д.Псурцева(56) Патент США ЬВ 4573020,кл. Н 03 Р 3/16, кл, Н 03 Р 3/45, 1986.(57) Изобретение относится к усилительнымустройствам. Цель изобретения - увеличение диапазона синфазного входного напряжения. Операционный усилитель, имеющийдифференциальный вход и выход, содержитвходной дифференциальный каскад 1, содержащий генератор тока 2, первый и второй р-канальные транзисторы 3, 4,и-канальные транзисторы 5, 6 первой динамической нагрузки, дополнительныйвходной дифференциальный каскад 7, соИзобретение отно устройствам и предназ вэния в усилителях раэ которые являются элем аналого-цифровых сис исполнении на полевы Цель изобретения - уна синфаэного входного На чертеже предста ная электрическая схе усилителя,Операционный ус входной дифференциал держащий генераторе.,Й 2 по 1 672554 А 1 держащий генератор тока 8, и 10 и р-канальные транзистор рой динамической нагрузк полнительный каскад 13, р-канальные транзисторы 14 дополнительный каскад 16, с канальные транзисторы 17 и синфаэного напряжения (УСН щий генераторы тока 20 и 21 вертый р-канальные транзис пятый и шестой Р-канальные 24 и 25 первого и второго ди ных каскадов соответственно ный и-канальный транзистор действию отрицательной обра синфазному выходному напр торую включен УСН 19, измен го синфаэного напряжения, к бы место при отсутствии отри ратной связи по выходному си пряжению, будет подавлено.-канальные 9, ы 1 1 и 12 втои, второй досодержащий и 15, первый одержащий и, усилитель ) 19, содержа- третий и четторы 22 и 23,транзисторы фференциальдополнит 26, Благодаря тной связи по яжению, в коение выходнооторое имело цательнои обнфазному наил. вторы о-каналь 1 е транзисторы 3 и 4, п-канальные транэис,ы 5 и б первой динамической нагрузки, дополнительный входной дифференциальный каскад 7, содер кащий генератор тока 8, и-канальные транзисторы 9 и 10, р-канальные транзисторы 11 и 12 второй динамической нагрузки, второй дополнительный каскад 13, содержащий р-канальные транзисторы 14 и 15, первый дополнительный каскад 16, содержащий и- канальные транзисторы 17 и 18, усилитель 19 синфаэного напряжения, содержащий генераторы тока 20 и 21, третий и четвертый р-канальные транзисторы 22 и 23, пятый и шестой р-канальные транзисторы 24 и 25 первого и второго дифференциальных кас 1672554кадов соответственно, дополнительный и- канальный транзистор 26.Операционный усилитель работает следующим образом,К входам операционного усилителя прикладывается входное напряжение, которое в общем случае имеет дифференциальную и синфаэную компоненту. Когда синфазная компонента входного напряжения находится в диапазонеО 55 + Онас,8 + Опф,п + Онас.10Овх.синф.Одд - Опас 21 Онас.4.1 1 Опф.р 1ГДЕ Онас,2НдПрЯЖВНИВ НдСЫЩВНИЯ 1-ГО транзистора;Ою - напряжение на отрицательной шине питания;Опф.п - пороговое напряжение и-канальных транзисторов;Одд - напряжение на положительной шине питания;Опор и - ПОРОГОВОв ндпРЯжвнив Р-кднальных транзисторов,все транзисторы обоих входных дифференциальных каскадов находятся в режиме насыщения, Следовательно, оба входных дифференциальных каскада усиливают входное напряжение. Суммирование и усиление выходных напряжений входных дифферен циал ьн ых каскадов . осуществляется первым и вторым дополнительными каскадами 13 и 16.Таким образом, усиленное входное напряжение появляется на выходах устройства Это напряжение подается на вход усилителя синфазного напряжения (УСН) 19, Выходное напряжение УСН подается на затворы транзисторов 5 и 6 первой динамической нагрузки входного дифференциальноо каскада 1,.Таким образом, усилитель оказывается охваченным отрицательной обратной связи по синфазному выходному на пряжению, Функционирование ООС по синфазному выходному напряжению приводит к тому, что величина выходного синфаэного напряжения устанавливается равной с точностью доапряжения см:щения УСН напряжению на выводе УСН соединенного с затворами пятого и четвертого транзисторов 23 и 24, Когда синфдзная компонента входного напряжения удовлетворяет условиям, определяемым системой неравенствОББ + Онас.5 1 Опф р 1 Овх.синфОЯБ + + Онас.в + Онас.10+ Опор.пОДД - Онас.121+ Опф.пОвх.синф,ОДДОнас.2 1 1 Опор.р 1 1 Онас.4 1, (2) транзисторы дифференциальной пары и генератора тока одного из входных дифференциальных каскадов не будут находиться в режиме насыщения, и, следовательно, недают вклад в усиление входного напряжения. Например, если имеет место первое неравенство системы (2), то транзисторы дифференциальной пары и генератора тока дополнительного входного дифференциаль 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ного каскада 7 будут в ненасыщенном режиме. Если (2) выполняется, то изменяются рабочие токи в режиме молчания каскадов 13 и 16, Например, если имеет место первое неравенство системы (1), то часть тока покоя транзисторов 11 и 12, которая протекает через транзисторы 9 и 10 в случае выполнения (2), будет протекать через транзисторы 17, 18, 15, 14, увеличивая их ток покоя, Однако благодаря действию ООС по синфазному выходному напряжению, в которую включен УСН 19, изменение выходного синфаэного напряжения, которое имело бы место при отсутствии ООС по выходному синфаэному напряжению, будет подавлено, Таким образом, функционирование предлагаемого устройства будет сохраняться в диапазоне синфазных напряжений:055+ Онас.5 1 Опор рОвх синфОДД - 1 Онас.2 + Опор.п. (3)Неравенство(3) вытекает иэ условий работы всех транзисторов хотя бы одного входного дифференциального каскада в режиме насыщения.Положительный эффект предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается в большем диапазоне синфазных входных напряжений,Формула изобретения Операционный усилитель, имеющий дифференциальный вход и выход, содержащий входной дифференциальный каскад, выполненный на первом и втором р-канальных транзисторах, с генератором тока, выполненном на р-транзисторе, затвор которого соединен с первой положительной шиной опорного напряжения, причем затвор первого р-канального транзистора является инвертирующим входом устройства, затвор второго р-канального транзистора - неинвертирующим входом устройства, а цепи их стоков соединены со стоками первого и второго п-канальных транзисторов первой динамической нагрузки соответственно, истоки которых подключены к отрицательной шине питания, а затворы обьединены, усилитель синфазного напряжения, выполненный на первом и втором дифференциальных каскадах, образованных третьим и четвертым р-канальными транзисторами, сенердтором тока, выполненным на р-канальном транзисторе, и пятым и шес 1 ым р-канальными транзисторами с генератором тока, выполненным на р-канальном транзисторе1672554 Составитель Н,ДубровскТехред М.Моргетал Корректоо Т,М дактор О,Стенин Заказ 2846ВНИЛПИ Тираж 448 дарственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, РаушПодписноениям и открытиям при ГКНТ СССР я наб 4/5 Го 1 роизводственн.-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 соответственно, при этом затворы р-канальных транзисторов генераторов тока соединены с первой положительной шиной опорного напряжения, затвор третьего р-канального транзистора является инвертирующим, а затвор шестого р-канального транзистора - неинвертирующими выходами устройства соответственно, затворы четвертого и пятого р-канальных транзисторов обьединены и подключены к шине напряжения, равного требуемому синфазному напряжению, стоки четвертого и пятого р-канальных транзисторов объединены и подключены к стоку дополнительного п-канального транзистора, являющегося выходом усилителя синфазного напряжения, соединенного с его затвором, и подключенного к объединенным затворам п-канальных транзисторов первой динамической нагрузки а исток седьмого р-канального транзистора и стоки третьего и шестого р-канальных транзисторов соединены с отрицательной шиной питания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения диапазона синфаэного входного напряжения, введены дополнительный входной дифференциальный каскад, выполненный на и-канальных транзисторах, затворы которых объединены с затворами р-канальных транзисторов входного дифференциального каскада, а в цепи стоков введены р-канальные транзисторы второй динамической нагрузки, истоки которых подключены к положительной шине питания, затворы объединены и подключены к первой поло жительной шине опорного напряжения, сгенератором тока, выполненным на и-канальном транзисторе, затвор которого соединен с первой отрицательной шиной опорного напряжения, а также введены пер вый и второй дополнительные каскады, приэтом первый дополнительный каскад выполнен на двух р-канальных транзисторах, включенных по схеме с общим затвором, затворы которых объединены и подключены 15 к второй положительной шине опорногонапряжения, истоки соединены со стоками р-канальных транзисторов второй динамической нагрузки соответственно, а стоки соединены с затворами третьего и шестого 20 р-канальных транзисторов усилителя синфазного напряжения соответственно, второй дополнительный каскад выполнен на двух п-канальных транзисторах, выполненных по схеме с общим затвором, затворы 25 которых объединены и подключены к второйотрицательной шине опорного напряжения, истоки соединены со стоками и-канальных транзисторов первой динамической нагрузки соответственно, а стоки - со стока ми р-канальных транзисторов первогодополнительного каскада соответственно.