БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ С ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ ЦЕПЬЮ КОРРЕКЦИИ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА

А.А. Жук

А.А. Жук Донской государственный технический университет

Ключевые слова: Аналоговая схемотехника, выходной каскад, операционный усилитель, дифференцирующая цепь коррекции, скорость нарастания выходного напряжения, полевые транзисторы, биполярные транзисторы

Аннотация

Впервые представлены схемотехнические решения с повышенной максимальной ско-
ростью нарастания (спада) выходного напряжения семейства классических выходных кас-
кадов класса АВ, которые являются основой многих интегральных микросхем операцион-
ных усилителей (544УД1, 153УД4, А741 и др.). Для этой цели в базовые схемы вводятся
специальные элементы коррекции переходного процесса в режиме большого сигнала. Схе-
мотехника данного класса реализуются как на биполярных (BJT), так и на КМОП транзи-
сторах. Результаты компьютерного моделирования в среде LTspice XVII показывают, что
в сравнении с классическими схемами за счет введения дополнительного дифференцирую-
щего конденсатора и входного эмиттерного повторителя максимальная скорость спада
выходного напряжения выходных каскадов увеличивается более чем в 500 раз. При этом
рассмотренные схемы обеспечивают выходные напряжения с максимальной амплитудой
от - 8.5 В до + 10 В при сравнительно низком сопротивлении нагрузки (до 2 кОм) и напря-
жениях питания ± 10 В. Показано, что при мелкосерийном производстве предложенных
выходных каскадов рекомендовано их выполнение на базовых матричных кристаллах
MH2XA031 (ОАО «Интеграл», г. Минск, Беларусь), что позволит снизить себестоймость
изготовления микроэлектронных изделий. Базовый матричный кристалл MH2XA031 на
основе техпроцесса 3CBiT допускает работу предлагаемых схем в условиях низких темпе-
ратур (до - 197 ºС), а также при воздействии проникающей радиации с поглощенной дозой
гамма-квантов (до 1 Мрад) и потока нейтронов (до 1013 н/см2).

Литература

1. Yakubovskiy S.V., Barkanov N.A., Nissel'son L.I. i dr. Analogovye i tsifrovye integral'nye
skhemy [Analogue and digital integrated circuits]. Sov. radio, 1979.
2. Polonnikov D.E. Operatsionnye usiliteli: printsipy postroeniya, teoriya, skhemotekhnika [Operational
amplifiers: principles of construction, theory, circuitry]. Moscow: Energoatomizdat,
1983.
3. Solomon J.E. The monolithic op amp: a tutorial study, IEEE Journal of Solid-State Circuits,
1974, Vol. 9, No. 6, pp. 314-332.
4. Floru F. Operational amplifier output stage. Patent for invention, No. US 6160451 of 2000,
fig. 3.
5. Floru F. Improved operational amplifier output stage. Patent for invention, No. EP 1088391 of
2000, fig. 3.
6. Moraveji F. Output stage and method of enhancing output gain. Patent for invention, No. US
6586998 of 2003.
7. Dow R.N. Ultra high gain amplifier. Patent for invention, No. US 5614866 of 1997, fig. 2.
8. Bowers D.F. Rapid slewing unity gain buffer amplifier with boosted parasitic capacitance
charging. Patent for invention, No. US 5323122 of 1994, fig. 2.
9. Damitio P., Alenin S. High output current wideband output stage/buffer amplifier. Patent
application, No. US 2005/0264358 of 2005, fig. 1.
10. Zhuk A.A., Prokopenko N.N., Titov A.E. Dvukhtaktnyy bufernyy usilitel' na
komplementarnykh bipolyarnykh tranzistorakh, № RU 2786191 ot 2022 [Two-cycle buffer
amplifier on complementary bipolar transistors, No. RU 2786191 of 2022 (in Russian)].
11. Akopov V.P., Osipov V.E. Vykhodnoy kaskad operatsionnogo usilitelya, № SU 1480094 ot
1989 [Output stage of operational amplifier, No. SU 1480094 of 1989 (in Russian).].
12. Basiy V.T., Kostyrka V.S. i dr. Emitternyy povtoritel', № SU 1300632 ot 1987 [Emitter
repeater, No. SU 1300632 of 1987 (in Russian)].
13. Isakov A.B., Popov A.E. i dr. Emitternyy povtoritel', № RU 2003217 ot 1993 [Emitter repeater,
No. RU 2003217 of 1993 (in Russian)].
14. Akopov V.P., Osipov V.E. Vykhodnoy kaskad operatsionnogo usilitelya, № SU 1569944 ot
1990 [Output stage of operational amplifier, No. SU 1569944 of 1990 (in Russian)].
15. Shipov V.K., Vushkarnik V.N. i dr. Povtoritel' napryazheniya, № SU 1012420 ot 1983 [Voltage
Repeater, No. SU 1012420 of 1983 (in Russian)].
16. Mel'nik V.I., Stashkiv Yu.V. i dr. Emitternyy povtoritel', № SU 1298853 ot 1987 [Emitter
repeater, No. SU 1298853 of 1987 (in Russian)].
17. Kapitonov M.V., Prokopenko N.N., Ul'yanova V.I. Emitternyy povtoritel', № SU 1401566 ot
1988 Emitter repeater, No. SU 1401566 of 1988 (in Russian) ][.
18. Basiy V.T., Borodyuk O.A. i dr. Emitternyy povtoritel', № SU 1248028 ot 1986 [Emitter
repeater, No. SU 1248028 of 1986 (in Russian).].
19. Luchinskiy L.I., Makeev E.P. Povtoritel' napryazheniya, A.sv. SSSR № 425308 ot 1974
[Voltage Repeater, A.sv. USSR № 425308 of 1974 (in Russian)].
20. Zhuk A.A., Prokopenko N.N., Sergeenko M.A. Bystrodeystvuyushchiy vykhodnoy kaskad
operatsionnogo usilitelya, № RU 2802051 ot 2023 [Fast output stage of operational amplifier,
No. RU 2802051 of 2023 (in Russian)].