Операционный усилитель

Взамен ранее изпаппого СОЮЗ СОВЕТСНИХСООИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК О 12 6 б 04 Н 03 Р 3/45 ИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ вый транзистор 4, второй транзистор5, третий транзистор 6, четвертыйтранзистор 7, пятый транзистор 8,шестой транзистор 9, двухтактный выходной каскад 10, усилитель 11 тока,седьмой транзистор 12, восьмой транзистор 13, второй повторитель 14 тока, четвертый резистор 15, второйрезистор 16, третий резистор 17, диод 18 и токозадающий элемент 19, Намалом сигнале структура операционного усилителя представляет собой двапараллельных канала с существенно различнымирактеристикусилие высопостоянномчастотным к аГ к очастотного канал ниэкотоке комгналом,ов удаетвысокий енсирует ри объед обоих каналобеспечить я одновремоэффициентоке н вы н и ения на постоянно Ку частоту ичного усиления,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском политехническом институте (72) В.Я. Грошев(56) Авторское свидетельство СССР , В 1259472, кл. Н 03 Р 3/45, 1983, (54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИПИТЕЛЬ , (57) Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов с высоким быстродействием. Цель иэобретенияповышение быстродействия и расширение полосы частот. Операционный усилитель содержит входной дифференци альный каскад 1, первый повторитель 2 тока, промежуточный каскад 3, пермплитудно-частотными хами. Недостаточно высокоеИзобретение относится к областирадиотехники и предназначено дляусиления, генерирования и преобразования электрических сигналов с высо 5ким быстродействием,Цель изобретения - повьппение быстродействия и расширение полосычастот.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема операционного усилителя.Операционный усилитель содержитвходной дифференциальный каскад 1,первый повторитель 2 тока, промежуточный каскад 3, первый транзчстор4, второй транзистор 5, третий транзистор 6, четвертый транзистор 7,пятый транзистор 8, шестой транзистор 9, двухтактный выходной каскад 2010, усилитель 11 тока, седьмой транзистор 12, восьмой транзистор 13,второй повторитель 14 тока, четвертый резистор 15, второй резистор 16,третий резистор 17 диод 18 и тозадающий элемент 19.Операционный усилитель ОУ) работает следуюпрщ образо 1 ч.На малом сигнале структура ОУпредставляет собой два параллельныхканала с суще:твенно различными амплитудно-частотными характеристиками (ЛЧХ). Второй повторитель 14 тока, пятый и шестой транзисторы 8, 9промежуточного каскада 3 образуют 35высокочастотный (ВЧ) канал ОУ.Шестой транзистор 9 промежуточного каскада 3, осуществлякпций передачу тока в ВЧ канале усилителя, включен по схеме с общей базой, что обеспечивает его предельную широкополосность, Используемая структура ВЧканала обеспечивает высокое значениечастоты единичного усиления, определяемое лишь крутизной и емкостью, 45приведенной к выходу промежуточногокаскада 3. При этом результирующаяАЧХ ВЧ канала имеет один полюс и онобычно является абсолютно устойчивымво всей полосе усиливаемых частот. 50Однако усиление ВЧ канала на постоянном токе невелико и при токахсмещения во входном и промежуточномкаскадах на уровне одного миллиамперане превьппает /1-3/ 10 55Недостаточно высокое усиление ВЧканала на постоянном токе компенсируется низкочастотным (НЧ) каналом,образованным транзисторами входного дифференциального каскада 1, первымповторителем 2 тока и транзисторами4-7 промежуточного каскада 3. Первыйи второй транзисторь 1 4, 5 включеныпо схеме с общим коллектором и обладают большим усилением по току, поэтому коэффициент усиления НЧ канала нанизких частотах существенно превышает коэффициент усиления ВЧ канала.Однако результирующая АЧХ НЧ канала имеет два полюса, а поэтому дляобеспечения устойчивости обособленного НЧ канала, охваченного глубокойобратной отрицательной связью, необходима корректирующая цепь.При объединении обоих каналов удается одновременно обеспечить высокийкоэффициент усиления на постоянномтоке и высокую частоту единичногоусиления,При использовании достаточно высокочастотных р-п-р транзисторов в ВЧканале предлагаемый ОУ не нуждаетсяв цепях коррекции. Кроме того, структура каскадов предлагаемого устройства исключает чередование нулей иполюсов на результирующей АЧХ, определяя тем самым его хорошие переходные характеристики и малое времяустановления, При этом ОУ обладаетширокой полосой усиления и хорошимиимпульсными характеристиками, причемвыброс вершины передаваемого импульса при включении ОУ со 1003 обратнойсвязью определяется в основном емкостными помехами, проникающими через паразитные емкости входного дифференциального каскада на выход усилителя, и нелинейными эффектами вего структуре,Отсутствие влияния емкостных эф-.Фектов входного дифференциальногокаскада 1 на выходной ток усилителя11 определяется подключением базседьмого и восьмого транзисторов 12,13 к точкам, которые для емкостныхпомех являются синфазными, Независимость коэффициента усиления усилителя 11 от величины начального токаотличает его от известных устройств,используемых для аналогичных целей,коэффициент усиления по току которыхвсегда связан с величиной начального1тока, при этом обеспечение высокойскорости нарастания всегда сопровождается ухудшением экономичности,Такая особенность работы усилителя11 тока обусловлена установкой чет 1283946вертого, второго и третьего резисторов 15-17 в промежуточном каскаде 3. Сопротивление этих резисторов составляет десятки Ом, и они не оказывают практически Йикакого влияния на частотно-усилительные характеристики промежуточного каскада 3.Для предотвращения насыщения восьмого транзистора 13 при ограничении на отрицательных полуволнах сигнала установлен диод 18,Формула и з о б р е т е н й яОперационный усилитель содержащий входной дифференциальный каскад с двумя симметричными входами, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу и выходу первого повторителя тока, об щий вывод которого соединен с первой шиной питания, промежуточный каскад, первый вход которого соединен с входом первого повторителя тока, а второй вход - с вторым выходом входного 25 дифференциального каскада, выполненный на первом и втором транзисторах одного типа проводимости, базы которых являются соответственно первым и вторым входами промежуточного кас О када, а. коллекторы объединены и подключены к первой шине питания, третьем и четвертом транзисторах противоположного типа проводимости, эмиттеры которых соединены соответственно с эмиттерами первого и второго транзисторов, а базы объединены и подключены к коллектору четвертого транзистора, пятом и шестом транзисторах, проводимость которых совпадает с 40 проводимостью первого и второго транзисторов, базы пятого и .шестого транзисторов объединены с коллектором пятого транзистора и соединены через токозадающий элемент с базой четвер того транзистора, при этом объединенные коллекторы третьего и шестого транзисторов являются выходом промежуточного каскада, и усилитель мощности, содержащий двухтактный выходной каскад на комплементарных биполярных транзисторах с цепью напряжения смещения между их базами, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьпцения быстродействия и расширения полосы частот, в него введеныдва диода, пять резисторов, второйповторитель тока, общий вывод которого соединен с второй шиной питания,предвыходной каскад на биполярномтранзисторе, включенном по схеме собщим коллектором, и источник токасмещения, при этом входной каскадимеет третий и четвертый выходы, подключенные соответственно к входу ивыходу второго повторителя тока,между первым выходом входного каскада и входом первого повторителя токавключен первый резистор, а междупервЫм и Вторым выходами входногокаскада - прямосмещенный диод, промежуточный каскад выполнен с третьими четвертым входами, которыми являются эмиттеры пятого и шестого транзисторов, подключенные соответствен- .но к третьему и четвертому выходамвходного каскада, при этом междуэмиттерами первого и третьего, второго и четвертого транзисторов включены соответственно второй и третийрезисторы, между объединенными базами третьего и четвертого транзисторов и коллектором четвертого транзистора включен четвертый резистор,а коллектор третьего транзистора соединен с выходом промежуточного каскада через пятый резистор, источниктока смещения предварительного усилителя выполнен в виде усилителя тока на седьмом и восьмом транзисторахвзаимно противоположного типа проводимости, эмиттеры которых объединены, при этом коллектор седьмоготранзистора подключен к первой шинепитания, его база соединена с базойпервого транзистора, база восьмоготранзистора соединена с коллекторомчетвертого транзистора, а коллекторвосьмого транзистора подключен черезисточник напряжения смещения к эмиттеру транзистора предварительногоусилителя мощности, база которогоподключена к коллектору шестого транзистора, а коллектор - к второй шинепитания, между базой четвертого транзистора и коллектором восьмого транзистора включен прямосмещенный диод.128394 б Мироновинык Корректор В, Гири Составитель едактор С,Рекова Техред Л,ОлТираж 928 ВНИИПИ Государ по делам из 035, Москва, ЖПодписное 1 ственного комитета СССР обретений и открытий