Е.З. МАЛАНКИН Научный руководитель – Э.В. АТКИН, к.т.н., доцент

Е.З. МАЛАНКИН
Научный руководитель – Э.В. АТКИН, к.т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ВХОДНОЙ КАСКАД ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
С ШИРОКИМ ДИАПАЗОНОМ СИНФАЗНЫХ
НАПРЯЖЕНИЙ
Рассмотрено схемотехническое решение для входного каскада операционного
усилителя, позволяющее обеспечить постоянную крутизну в диапазоне входных
синфазных напряжений от нижней до верхней шины питания.
В последнее время возросла потребность в аналоговых схемах, работающих при малых напряжениях питания. Уменьшение напряжений питания приводит к уменьшению диапазона входных синфазных напряжений. Таким образом, операционные усилители должны функционировать
в максимально возможном интервале синфазных напряжений. Входные
каскады операционных усилителей с функцией «rail-to-rail» решают эту
проблему.
В простейшем случае используется комплиментарный дифференциальный каскад на p-канальных и n-канальных транзисторах. Эта схема
имеет существенный недостаток. Когда синфазное напряжение близко к
gm (мА/В)
1.9
1.7
1.5
1.3
-1.65
Vвх.син.(В)
0
1.65
рис. 1. Крутизна gm входного каскада
одной из шин питания, то работает только одна дифференциальная пара.
Но, находясь посередине диапазона, функционируют обе пары, и суммарная крутизна каскада gm оказывается больше, чем ее значение вблизи шин
питания (рис.1, График 1).Это приводит к частотной нестабильности, что
недопустимо. [1]
Входные дифференциальные пары работают в слабой инверсии. Крутизна gm МОП транзистора в этой области пропорциональна току стока.
Таким образом, крутизна всего каскада будет постоянной, если сумма
токов стока n-МОП и p-МОП дифференциальных пар будет постоянной
во всем диапазоне входных напряжений. Схема, реализующая постоянную сумму токов, изображена на рис.2.[2]
Рис. 2. Схема входного каскада
Ток через транзистор MP4 повторяет ток в транзисторе MP6, а ток через пару MP1/MP2 является уменьшенным отражением тока через пару
MP0/MP3.Чтобы крутизна оставалась постоянной, ток n-канальной пары
уменьшается посредством вычитания из него тока транслинейной схемы
на транзисторах MN7/MN4/MN5/MN3.
Это схемотехническое решение позволяет реализовать изменение крутизны входного каскада в пределах 5% (рис. 1, График 2).
Список литературы
1.
2.
J. H. Huijsing, Operational amplifiers // Dordrecht, The Netherlands: Kluwer, 2001.
Ivanov V., Shilong Zhang 250 MHz CMOS Rail-to-Rail IO OpAmp: Structural Design
Approach // Proc. ESSCIRC-2002, pp. 183-186, Florence, Italy, Sept. 24-26, 2002.