Схемотехническая модернизация операционных усилителей для увеличения скорости нарастания выходного напряжения

Для удовлетворения существующей потребности отечественного рынка радиоэлектронной аппаратуры в быстродействующих широкополосных операционных усилителях ранее было предложено использование базового матричного кристалла МН2ХА031, содержащего комплементарные биполярные транзисторы, совместно с разработанными схемами быстродействующего операционного OAmp9 и прецизионного операционного OAmp10 усилителей с унифицированными каскадами и возможностью программирования таких параметров, как ток потребления, максимальный выходной ток, полоса пропускания, скорость нарастания выходного напряжения. В статье рассмотрено увеличение быстродействия указанных операционных усилителей за счет уменьшения паразитной коллекторной емкости транзисторов подачей обратного напряжения смещения в OAmp9 и применения корректирующих цепей в OAmp10, что позволило увеличить скорость нарастания выходного напряжения на 29 % в первом случае и в 3,1 раза во втором. Приведены электрические схемы и результаты схемотехнического моделирования модернизированных усилителей, названных OAmp9M и OAmp10M, которые соответственно характеризуются напряжением смещения нуля 0,35 и 0,03 мВ, коэффициентом усиления напряжения 2,7 · 10³ и 3 ·10⁵, произведением коэффициента усиления напряжения на ширину полосы пропускания 161 МГц и 68 МГц, скоростью нарастания выходного напряжения 708 и 64,5 В/мкс.

1. Быстродействующие широкополосные операционные усилители на базовом матричном кристалле / О. В. Дворников [и др.] // Известия вузов. Электроника. 2023. Т. 28, № 1. С. 96–111. DOI: 10.24151/15615405-2023-28-1-96-111.

2. Bowers, D. F. Recent Developments in Bipolar Operational Amplifiers / D. F. Bowers, S. A. Wurcer // Proceedings of the 1999 Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting, Cat. No 99CH37024, 28–28 Sept. 1999. Р. 38–45. DOI: 10.1109/BIPOL.1999.803521.

3. Close, J. High Speed OP Amps: Performance, Process and Topologies / J. Close // 2012 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM). Р. 1–8. DOI: 10.1109/BCTM.2012.6352648.

4. Прокопенко, Н. Н. Проектирование низкотемпературных и радиационно-стойких аналоговых микросхем для обработки сигналов датчиков / Н. Н. Прокопенко, О. В. Дворников, А. В. Бугакова. М.: СОЛОН-Пресс, 2021.

5. Проектирование аналоговых микросхем для экстремальных условий эксплуатации на основе базового матричного кристалла МН2ХА031 / О. В. Дворников [и др.] // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2021. № 2. С. 37–46. DOI: https://doi.org/10.31114/2078-77072021-2-37-46.

6. Дворников, О. В. Схемотехника биполярно-полевых аналоговых микросхем. Ч. 3. Источники тока, управляемые током с нерегулируемым коэффициентом передачи / О. В. Дворников // ChipNews. 2005. № 1. С. 12–15.

7. Прокопенко, Н. Н. Дифференциальный операционный усилитель с повышенным быстродействием / Н. Н. Прокопенко // Приборы и техника эксперимента. 1978. № 2. С. 153–154.