Операционный усилитель

(191 (111 ССЮОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ЗСЮ 0 06 0 7/12 еье юь ое ч ле ЕТЕНИЯ а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Шахтинский технологический ин титут и Ленинградский ордена Ленин электротехнический институт им, В.И, Ульянова (Ленина) (5 З) 681.335(088,8)(56) 1. Анисимов В.И. и др. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов. М "Энергияф, 1979, с. 114-115, рис. 3-20.2. Авторское свидетельство СССР . В 469975, кл. О 06 С 7/12, 1973 ( прототип) .( 54) (57) 1. ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий первый и второй усилительные транзисторы, первый повторитель тока, вход которого соединен с коллектором второго усилительного транзистора, выход первого повторителя тока соединен с входом выходного . усилителя, между входом и выходом которого включен корректирующий конденсатор, управляемый стабилизатор тока, базы первого и второго усилительных транзисторов являются соот ветственно первым и вторым входами операционного усилителя, первый и второй токозадающие резисторы, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нева го введены второй и третий повторители тока, формирователь управляющего тока, причем коллектор первого усилительного транзистора соединен с входом второго повторителя тока, выход второго повторителя тока подключен к входу третьего повторителя тока, выход которого соединен с. входом выходного усилителя, дополнительные выходы первого и второго повторителей тока подключены соответстенно к первому и второму входамормирователя управляющего тока, выод которого соединен с,входом управ ляемого стабилизатора тока, выход которого соответственно через первый и второй токоэадающие резисторы подключен к эмиттерам первого и второго усилительных транзисторов.2. Усилитель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласующие транзисторы, эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым входами формирователя, к коллектору первого согласующего транзистора подключен катод первого отсекающего диода Е и первый вывод первого токостабилизирующего двухполюсника, к коллектору второго согласующего транзистора подключен катод второго отсе- ( кающего диода и первый вывод второго токостабилизирующего двухполюсника Я аноды первого и второго отсекающих диодов соединены с базой выходного транзистора, эмиттер которого является выходом формирователя, коллектор выходного транзистора и вторые выводы первого и второго токостабили зирующих двухполюсников подключены к шине питания, базы первого и вто-рого согласующих транзисторов соединены с шиной напряжения смещения.Зусилитель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласующие транзис-. торы,первый и второй выходные транзисторы противоположного типа проводимости, базы которыхявляются соответственно первым и вторым входами формирователя, а коллекторы объединены и являются выходом формирователя, к базам первого и второго выходных транзисторов подключены аноды соответственно первого и вто1072060 рого отсекающих диодов и первыевыводы соответственно первого и второго токостабилизирующих двухполюсников, эмиттер первого выходноготранзистора соединен с эмиттеромпервого согласующего транзистора,база которого соединена с. базой второго выходного транзистора, змиттер которого подключен к эмиттерувторого согласующего транзистора,Изобретение относится к усилительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.Известен операционный усилитель, содержащий первый и второй входные транзисторы, соединенные йо дифференциальной схеме, генератор тока, включенный в эмиттерную цепь входных транзисторов, транзисТоры активных нагрузок Я .Однако усилитель имеет низкое быстродействие.Наиболее близким к предлагаемому является операционный усилитель, содержащий первый и второй усилительные транзисторы, эмитзеры которых подключены к коллектору транзистора генератора тока, эмиттер и база которого через первый и второй токозадающие резисторы подключены к 20 первой шине питания, коллектор второго усилительного транзистора подсоединен к входу выходного усилителя, между входом и выходом которого включен корректирующий конден сатор, к базе первого усиЛительного транзистора подключены базы первого и второго дополнительных транзисторов, эмиттеры которых через третий токозадающий резистор подключены к 30 базе второго усилительного транзис тора 2 Д .Недостаток известноГо опЕрационного усилителя заключается в срав, нительно низком быстродействии в об" З 5 ласти средних уровней амплитуды входного импульсного сигнала.Цель изобретения - повышение быстродействия.Поставленная цель достигается 40 тем, что в операционный усилитель содержащий первый и второй усилитель ные транзисторы, первый повторитель тока, вход которого соединен с коллектором второго усилительного транзистора, выход первого повторителя тока соединен с входом выходного уси лителя, между входом и выходом котобаза которого соединена с базой пер вого выходного транзистора, коллек торы первого и второго согласующих транзисторов и вторые выводы перного и второго токостабилизирующих двухполюсников подключены к шине питания, катоды первого и второго отсекающих диодов соединены с шиной напряжения смещения. рого включен корректирующий конденсатор, управляемый стабилизатор тока, базы первого и второго усилитель,ных транзисторов являются соответственно первым и вторым входами операционного усилителя, первый и второйтокоэадающие резисторы, введены второй и третий повторители тока, Формирователь управляющего тока, при-.чем коллектор первого усилительноготранзистора соединен с входом второго повторителя тока, выход второгоповторителя тока подключен к входутретьего повторителя тока, выходкоторого соединен с входом.выходного усилителя, дополнительные выходыпервого и второго повторителей токаподключены соответственно к первомуи второму входам Формирователя управляющего тока, выход которого соединен с входом управляемого стабилизатора тока, выход которого соответственно через первый и второй токозадающие резисторы подключены кэмиттерам первого и второго усилительных транзисторов. При этом Формирователь управляюще. го тока содержит первый и второй согласующие транзисторы, эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым входами. Формирователя, к коллектору .первого согласующего транзистора подключен катод первого отсекающего диода и первый вывод первого токостабилизирующего двухполюсника, к коллектору второго согла сующего транзистора подключен катод второго отсекающего диода и первый вывод второго токостабилизирующего двухполюсника, аноды первого и второго отсекающих диодов соединены с базой выходного транзистора, эмиттер которого является выходом Формирователя, коллектор выходного транзистора:и вторые выводы первого и второго токостабилизирующих двухполюсников подключены к шине питания, ба-. зы первого и второго согласующихтранзисторов соединены с шиной напряжения смещения.Кроме того, Формирователь управляющего тока содержит первый и второй согласующие транзисторы, первыйи второй выходные транзисторы противоположного типа проводимости, базы которых являются соответственнопервым и вторым входами формирователя, а коллекторы объединены и являются выходом формирователя, к базампервого и второго выходных транзисторов подключены аноды соответственно первого и второго отсекающих дио-.дов и первые выводы соответственнопервого и второго токостабилизирующих двухполюсников, эмиттер первоговыходного транзистора соединен сэмиттером первого согласующего транзистора, база которого соединенас базой второго выходного транзистора, эмиттер которого подключенк эмиттеру второго, согласующеготранзистора, база которого соединена с базой первого выходного транзистора,коллекторы первого и второго согласующих транзисторов ивторые выводы первбго и второго токостабилизирующих двухполюсниковподключены к шине питания, катодыпервого и второго отсекающих диодов. З 0соединены с шивой напряжения смещения,На Фиг. 1-5 изображены Функциональные схемы соответственно операционного усилителя, формирователяуправляющего тока и ее вариант первого (второго) повторителя тока,третьего повторителя тока.Усилитель содержит первый и второй усилительные транзисторы 1 и 2, 40Управляеьвй стабилизатор 3 тока,первый и второй токозацающие резисторы 4 и 5, первый, второй и третийповторители 6, 7 и 8 тока, выходной усилитель 9, корректирующий конденсатор 10, формирователь 11 управляющего тока, первый и второй вхо-.-ды 12 и 13, выход 14 операционного:усилителя, первый и второй соглаСующие транзисторы 15 и.16, первый и.втррой отсекающие диоды 17 и 18,первый и второй токостабилиэирующйедвухполюсники 19,и 20, выходной транзистор 21, шина 22 напряжения смещения, шина 23 питания, первый и второй входа 24 и 25, выход 26, первый " 55,и второй выходные транзисторы 27 и.28, первый и второй согласующие транзисторы 29 и 30,.первый и второй от-секающие диоды 31 и 32, первый и второй токостабилизирующие двухполюсники 33 и 34, шина.35 питания, шинаЗб.напряжения смещения, первый ивторой входы 37 и 38 и выход 39,отсекающий диод 40, первый и второйтокозадающие транзисторы 41 и .42,: 65 вход 43, выход 44, дополнительный выход 45, отсекающий диод 46, токо- задающий транзистор 47, вход 48 и выход 49.Операционный усилитель работает следующим образом.В статическом режиме выходной ток формирователя 11 управляющего тока близок к нулю, т.е. Формирователь при малых входных сигналах,не влияет на работу операционного усилителя и иа его малосигнальные параметры, Коллекторные токи первого и -второго усилительных транзисторов 1 и 2 передаются через первый и вто рой повторители б и 7 тока, на входы формирователя 11 управляющего тока, а через первый, второй и третий повторители б, 7 и 8 тока вычитаются во входной цепи выходного усилителя 9. Разность коллекторных токов первого и второго усилительных транзисторов 1 и 2, пропорциональ.- ная амплитуде входного сигнала (5-10 мВ),. заряжает корректирующий конденсатор 10 и определяет изменение выходного напряжения операционного усилителя,По мере. увеличения входного напряжения (10-20 мВ), коллекторный ток первого усилительного транзис-. тора .1 увеличивается, а коллекторный ток второго усилительного транзистора 2 и, следовательно, выходной ток первого повторителя 6 тока уменьшаются. Как только этот ток уменьшится до некоторого заданного уровня, в работу включается второй повторитель .7 тока, Его выходной ток начинает изменяться пропорционально разности тока заданного уровня и тока первого повторителя б тока. Это приводит к стабилизации коллекторного тока второго усилительного транзистора 2 и фиксации потенциала на выходе управляющего стабилизатора 3 тока. Как следствие все дальнейшее приращение входного напряжения оказывается приложенным между базой первого усилительного транзистора 1 и выходом управляемого стабилизатора 3 тока. Поэтому коллекторный ток первого усилительного транзистора 1 не ограничивается и получает дальнейшие приращения, пропорциональные входному напряжению до 7 В, с учетом величины сопротивления первого токозадающего резистора 4,Приращения коллекторного тока могут во много раз превышать статические уровни выходного тока управляемого стабилизатора 3 тока, что спо,собствует быстрому перезаряду корректирующего конденсатора 10 и повышает быстродействие операционного усилителя.Уровень опорного тока, при котором в работу включается формирователь 11 управляющего тока, выбирает;ся меньшим половины статического тока управляемого стабилизатора 3 тока.При большом отрицательном приращении входного напряжения формирователь 11 управляющего тока обеспечивает стабилизацию коллекторно го тока первого усилительного транзистора 1 на уровне опорного тока, Поэтому все входное напряжение передается на выход управляемого стабилизатора 3 тока и коллекторный Ток второго усилительного транзистора 2 изменяется пропорционально входному напряжению с учетом величины сопротивления второго токозадающего резистора 5. В предлагаемом операционном усилителе обеспечивается пропорциональ-ность тока заряда (разряда) коррек- .тирующего конденсатора и входногонапряжения и в результате высокое.,быстродействие операционного усилителя во всем диапазоне (0-7 В) иэ менения входного напряжения. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения лежит в пределах80-120 В/мкс.Таким образом, по сравнению с 15 устройством-прототипом предлагаемыйоперационный усилитель обладает более высоким быстродействием.1072060 Составитель О. ОтрадновТехред Л.Пилипенко Корректор.М, Демчик Кура актор Зака о ППП фП 4 город, ул. Проек т 128/42 ВНИИП по 13035, М