Операционный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИК 04 НО Р 142 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ инженерно-физи еск кин ныи ых, Элекике/нергоди 3 4 Ра ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Кузюкин А, М. Высокочастопараллельный канал для интегралоперационных усилителей. - В ктропика в экспериментальной фиПод ред. Т. М. Агаханяна, М.:атомиэдат, 1985, с. 45-48,Алексенко А. Г Коломбет ЕСтародуб Г. И. Применение прецных аналоговых ИС. М.: Сов. ра1980, с. 40, рис. 1,30.(57) Изобретение относится к радиотехнике и уменьшает потребляемую мощность. Усилитель содержит основнойканал, выполненный на входном диф.каскаде 1 и выходном инвертирующемкаскаде 2, параллельный ВЧ-канал, выполненный на неинвертирующем каскаде 3 и корректирующем конденсаторе 4конденсаторы 5 и 6, ключи 7-10, преобразователь 11 ток - напряжение, шины 12 и 13 источника питания. Источник сигнала - дискретизированное напряжение с равномерным по временишагом дискретизации, ВЧ-составляющиенапряжения обрабатываются ВЧ-каналома средние и НЧ-составляющие обрабатываются низкоскоростным основным каналом с высоким коэф, усиления. 2 ил.135Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в интегральной полупроводниковой схемотехнике на 1 ЩП-транзисторах.Цель изобретения - уменьшение потребляемой мощности.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема операционного усилителя; на фиг. 2 - амплитудно- частотная характеристика операционного усилителя с разомкнутой петлей обратной связи.Операционный усилитель содержит основной канал, выполненный на входном дифференциальном каскаде 1 и выходном инвертирующем каскаде 2, параллельный высокочастотный канал, вы. полненный на неинвертирующем каскаде 3 и корректирующем конденсаторе 4, первый 5 и второй 6 конденсаторы, первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 ключи, преобразователь 11 ток - напряжение, первую 12, вторую 13 шины источника питания.Операционный усилитель работает следующим образом.Источником сигнала является дискретизированное напряжение с равномерным по времени шагом дискретизации При поступлении на вход операционного усилителя ступеньки входного напряжения его высокочастотные составляющие обрабатываются параллельным высокочастотным каналом, а средние и низкочастотные составляющие - низкоскоростным основным каналом с высоким коэффициентом усиления, При этом для формирования короткого фронта вы.ходного напряжения операционного усилителя моменты переключения первого 7, второго 8, третьего 9, четвертого 10 ключей и первого 5 и второго 6 конденсаторов синхронизированны с моментами дискретизации входного напряжения так, что при поступлении на вход операционного усилителя фронта импульса происходит "подкачка" тока смещения неинвертирующего каскада 3, что, в свою очередь, приводит к возможности соответственно заряда или разряда корректирующего конденсатора 4 большим током, чем стационарный ток смещения неинвертирующего каскада 3 после окончания в операционном усилителе переходного процесса, Причем после прохождения через параллельный высокочастотный канал фронта45 Наличие параллельного высокочастотного канала приводит к возникновению нуля левой половины полуплоскости комплексной плоскости частот. В зависимости от соотношения частотных характеристик параллельного высокочастотного канала, входного дифференциального каскада 1 и выходного инвертирующего каскада 2 амплитудно- частотная характеристика операционного усилителя может принимать вид, показанный на Фиг, 2 (кривые а, б, в г), Математическое выражение пере 50 55 даточной функции (коэффициента уси 6196гимпульса точность дальнейшей обработки ступеньки напряжения определяется лишь коэффициентом усиления низкоскоростного основного канала, что означает возможность значительногоуменьшения тока смещения неинвертирующего каскада 3 и, как следствие,значительное снижение потребляемоймощности устройства в целом, Для формирования подкачки" тока смещениянеинвертирующего каскада 3 использованы первый 5 и второй 6 конденсаторы, которые синхронно с моментамидискретизации входного напряженияпопеременно либо разряжаются путемсоединения через первый 7 и третий 9ключи соответственно к второй шине13 источника питания, либо разряжаются путем соединения через второй 8и четвертый О ключи соответственно.к преобразователю 11 ток - напряжение, в качестве которого может бытьиспользован, например, диод или тран 25 зистор в диодном включении, При этомв момент начала заряда первого конденсатора 5 либо второго конденса"тора 6 через него протекает большойзарядный ток, который преобразуетсяпреобразователем 11 ток - напряжениев импульс напряжения, поступающегона управляющий вход регулированиясмещения неинвертирующего каскада 3,следствием чего является увеличениетока смещения этого каскада. По мере,З 5 заряда первого 5 и второго 6 конденсаторов ток через него уменьшается, а значит, уменьшается и ток смеще.ния неинвертирующего каскада 3. Дляисключения протекания сквозных токов40через первый 7, второй 8, третий 9,четвертый 1 О ключи фазы управленияэтими ключами должны быть неперекрывающимися между собой,135619 б 5 10 15 20 25 Зо Соотношение (3) показывает, чтодля повышения быстродействия операционного усилителя необходимо увеличить крутизну характеристики параллельного высокочастотного канала.Включение параллельного высокочастотного канала способствует частотнойкоррекции операционного усилителя,что позволяет увеличить допустимуюглубину отрицательной обратной связипри сохранении значения выбросана переходной характеристике. Этообусловлено тем, что при правильномвыборе значений р , Е и С образуг Кмется новый полюс р в . в в , которыйпз Ьудаляется от начала координат, особенно при выполнении условия Е (с К,К 2Наблюдается стягивание оставшихсяполюсов к началу координат р мп.2" -Ь /Ь; р " - 1/Ь, образуетсянуль Е-1/а который позволяетскомпенсировать влияние полюса рвыходного инвертирующего каскада 2,чем одновременно достигается частотная коррекция, а также расширение полосы пропускания операционного усилителя,где Ки а, Ьз а й 7 (1 + ф); уВ.к где я1 К М 1 формула изобретения 35 Операционный усилитель, содержащий основной канал, выполненный на последовательно соединенных входном дифференциальном каскаде и выходном инвертирующем каскаде, и параллельный высокочастотный канал, включенный между входами операционного усилителя и выходного инвертирующего каскада и выполненный на последовательно соединенных неинвертирующем каскаде и корректирующем конденсаторе, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, введены первый и второй конденсаторы, с первого по четвертый ключи, преобразователь ток - напряжение, при этом неинвертирующий каскад выполнен на МДП-транзисторах и с управляющим входом регулирования цепи смещения неинвертирующего каскада, соединенным с выходом преобразователя ток - напряжение, общий вывод которого подключен к первой шине исоч.1 оч. д зления) операционного усилителя воператорной форме имеет вид(1) коэффициент усиления операционного усилителя напостоянном токе без обрат.ной связи;- коэффициенты передаточнойфункции;р - оператор ЛапласаВыражения для коэффициентов аЬ Ь , Ь имеют вид Ь, "Ь+7 Е 1 + 3; (2)к крутизны характеристики по току входногодифференциальногокаскада 1 и параллельного высокочастотного канала;С, С , С - выходные сопротивления и емкости соответственно входного дифференциального каскада 1, инвертирующего каскада 2 и параллельного канала высокочастотного ка-. нала;- коэффициенты передаточной функции операционного усилителя параллельного высокочастотного канала. Анализ выражения (1) по.зволяет сделать следующие выводы, Включение параллельного высокочастотного канала приводит к увеличению быстродействия операционного усилителя в К, раз, где К, - добротность операционного усилителя с параплельным высокочастотным каналом 40 45 50 55 К(1 + Ы=Ка, ". (3)Ь ЬачКи Фиг Составитель И, ВодяхиРедактор Н. Киштулинец Техред М.Дидык орректор С, Шек 900 Подписноего комитета СССРй и открытийаушская наб д. 4/5 Заказ 58/53ВНИИПИпо13035,Тираж осударственн ам изобретен сква, Ж,зводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Ь 1 точника питания, вторая шина которого через последовательно соединенные первый ключ, шунтированный первым конденсатором, и второй ключ, а также через последовательно соединенные третий ключ, шунтированный вторым конденсатором, и четвертый ключ сое" 356196бдинена с входом преобразователя ток -напряжение, причем управляющие входыпервого, четвертого и второго, тре"тьего ключей попарно объединены и5являются входами для подачи противофазного периодического сигнала управ"ления,