1.本实用新型涉及集成电路技术领域,尤其涉及一种静态电流控制电路及运算放大器。
背景技术:2.运算放大器被广泛应用于集成电路中,静态电流是功率运算放大器的重要指标。运算放大器在空载、输入输出为稳定的直流电压且输入输出电压均在工作范围内时的总电流,称为静态电流。功率运算放大器的静态电流等于驱动级静态电流和其他部分静态电流之和,其中驱动级静态电流占总静态电流的主要部分;因此,运算放大器的总静态电流的大小主要由驱动级静态电流决定,通过控制驱动级静态电流的方式控制总静态电流。
3.现有技术中,通常采用调整运算放大器中的电阻阻值实现对驱动级静态电流的控制,然后这种方式受到运算放大器的绝对参数影响,例如,三极管的放大倍数、三级管的基极-发射极电压和电阻值等多因素的影响,而绝对参数与实际值之间存在一定误差,这将使运算放大器的静态电流不能得到精确的调整。
技术实现要素:4.针对现有技术中所存在的不足,本实用新型提供了一种静态电流控制电路及运算放大器,其解决了现有技术中存在的运算放大器的静态电流不能得到精确调整的问题。
5.第一方面本实用新型提供一种静态电流控制电路,应用于运算放大器,所述运算放大器包括:输入级模块、增益模块、电流源驱动模块和电流沉驱动模块,其特征在于,所述控制电路包括:静态控制反馈模块;所述静态控制反馈模块分别与电流源驱动模块和电流沉驱动模块相连,还用于当采集到的所述电流源驱动模块的电流源驱动电压小于第一基准电压时增大向所述电流沉驱动模块输出电流沉驱动电流;所述电流沉驱动模块的输出端与所述输入级模块相连,用于根据所述电流沉驱动电流减小输出目标电压,还用于将所述目标电压反馈给所述输入级模块;所述输入级模块与所述增益模块相连,用于根据减小的目标电压减小向所述增益模块输出增益驱动电流;所述增益模块分别与所述电流源驱动模块相连,用于根据所述减小的增益驱动电流增大向所述电流源驱动模块输入电流源驱动电流;所述电流源驱动模块还用于根据增大的所述电流源驱动电流使驱动级静态电流增大。
6.可选地,所述静态控制反馈模块包括第二放大器;所述第二放大器的同相输入端用于输入第一基准电压;所述第二放大器的反相输入端与所述电流源驱动模块相连,所述第二放大器的输出端与所述电流沉驱动模块相连。
7.可选地,所述控制电路还包括:第一基准源模块,所述第一基准源模块与所述静态控制反馈模块相连,用于为所述静态控制反馈模块提供第一基准电压;所述第一基准源模块包括:第三电流源、第十n型三极管、第六电阻、第七电阻和第四电流源;所述第三电流源的第一端与外部电源的第一端相连,所述第三电流源的第二端与第十n型三极管的集电极相连;所述第十n型三极管的基极通过第六电阻分别与第四电流源的第一端和所述第二放
大器的同相输入端相连,所述第十n型三极管的集电极与基极相连,所述第十n型三极管的发射极通过第七电阻与所述电流沉驱动模块相连;所述第四电流源的第二端与外部电源的第二端相连;所述第二放大器的反相输入端与电流源驱动模块相连。
8.可选地,所述控制电路还包括:第一基准源模块,所述第一基准源模块与所述静态控制反馈模块相连,用于为所述静态控制反馈模块提供第一基准电压;所述第一基准源模块包括:第三电流源、第十n型三极管、第十一n型三极管、第六电阻、第七电阻和第四电流源;所述第三电流源的第一端与外部电源的第一端相连,所述第三电流源的第二端与第十n型三极管的集电极相连;所述第十n型三极管的基极通过第六电阻分别与所述第四电流源的第一端和所述第二放大器的同相输入端相连,所述第十n型三极管集电极与基极相连,所述第十n型三极管的发射极与所述第十一n型三极管的集电极相连;所述第十一n型三极管的基极与集电极相连,所述第十n型三极管的发射极通过第七电阻与所述电流沉驱动模块相连;所述第四电流源的第二端与外部电源的第二端相连;所述第二放大器的反相输入端与所述电源流驱动模块相连。
9.可选地,所述第二运算放大器包括:第十八n型三极管、第十九n型三极管、第二十n型三极管、第二十一n型三极管、第二十二n型三极管、第四p型三极管、第五p型三极管、第十八p型三极管和第十九p型三极管;所述第十八n型三极管的基极用于接收基准电流,所述第十八n型三极管的集电极分别与所述第十九n型三极管的发射极和所述第二十n型三极管的发射极相连,所述第十八n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十九n型三极管的基极与所述第一基准源模块相连,所述第十九n型三极管的集电极分别与所述第五p型三极管的集电极和所述第十九p型三极管的发射极相连;所述第二十n型三极管的基极与所述电流沉驱动模块相连,所述第二十n型三极管的集电极分别与所述第四p型三极管的集电极和所述第十八p型三极管的发射极相连;所述第四p型三极管的基极分别与所述增益模块和所述第五p型三极管的基极相连,所述第四p型三极管的发射极与外部电源的第二端相连,所述第四p型三极管的集电极与所述第十八p型三极管相连;所述第五p型三极管的发射极与外部电源的第一端相连,所述第五p型三极管集电极与第十九p型三极管的发射极相连;所述第十八p型三极管的基极用于输入第二偏置电压,所述第十八p型三极管的集电极与所述第二十一n型三极管的集电极相连;所述第十九p型三极管的基极与所述第十八p型三极管的基极相连,所述第十九p型三极管的集电极分别与所述第二十二n型三极管的集电极和所述电流沉驱动模块相连;所述第二十一n型三极管的基极与所述第二十二n型三极管的基极相连,所述第二十一n型三极管的集电极与基极相连,所述第二十一n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第二十二n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连。
10.可选地,所述控制电路还包括:第一基准源模块,所述第一基准源模块与所述静态控制反馈模块相连,用于为所述静态控制反馈模块提供第一基准电压和基准电流;所述第一基准源模块包括:第七电流源、第十四n型三极管、第十五n型三极管、第二p型三极管、第十n型三极管和第十七n型三极管;所述第七电流源的第一端与外部电源的第一端相连,所述第七电流源的第二端与所述第十四n型三极管的集电极相连;所述第十四n型三极管的基极与所述第十五n型三极管的基极相连,所述第十四n型三极管的集电极与基极相连,所述第十四n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十五n型三极管的集电极与所
述第二p型三极管的集电极相连,所述第十五n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十七n型三极管的基极与所述第十五n型三极管的基极相连,所述第十七n型三极管的集电极分别与所述第十n型三极管的发射极和所述第十九n型三极管的基极相连,所述第十七n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十n型三极管的基极与集电极相连,所述第十n型三极管的集电极与电流源驱动模块相连;所述第二p型三极管的基极分别与第四p型三极管的基极和所述第五p型三极管的基极相连,所述第二p型三极管的集电极与外部电源的第一端相连,所述第二p型三极管的集电极与基极相连。
11.可选地,所述控制电路还包括:第一基准源模块,所述第一基准源模块与所述静态控制反馈模块相连,用于为所述静态控制反馈模块提供第一基准电压和基准电流;所述第一基准源模块包括:第七电流源、第十四n型三极管、第十五n型三极管、第二p型三极管、第十七n型三极管、第六电阻、第二十p型三极管、第十n型三极管和第十一n型三极管;所述第七电流源的第一端与外部电源的第一端相连,所述第七电流源的第二端与所述第十四n型三极管的集电极相连;所述第十四n型三极管的基极与所述第十五n型三极管的基极相连,所述第十四n型三极管的集电极与基极相连,所述第十四n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十五n型三极管的集电极与所述第二p型三极管的集电极相连,所述第十五n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十七n型三极管的基极与所述第十五n型三极管的基极相连,所述第十七n型三极管的集电极分别与所述第六电阻的第一端和所述第十九n型三极管的基极相连,所述第十七n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十n型三极管的基极分别与集电极和所述第六电阻的第二端相连,所述第十n型三极管的集电极与所述第二十p型三极管的集电极相连,所述第十n型三极管的发射极与所述第十一n型三极管的集电极和基极相连;所述第十一n型三极管的发射极与电流源驱动模块相连;所述第二十p型三极管的基极与所述第二p型三极管的基极相连,所述第二十p型三极管的集电极与外部电源的第一端相连;所述第二p型三极管的基极与集电极相连,所述第二p型三极管的发射极与外部电源的第一端相连。
12.第二方面本实用新型提供一种运算放大器,包所述运算放大器还包括:输入级模块、增益模块、电流源驱动模块和电流沉驱动模块;所述输入级模块包括第一放大器;所述第一放大器的同相输入端与所述电流沉驱动模块的输出端相连所述第一放大器的输出端与所述增益模块相连;所述电流源驱动模块包括:第二n型三极管、第三n型三极管、第二电阻和第三电阻;所述电流沉驱动模块包括:第四n型三极管、第五n型三极管、第四电阻和第五电阻;所述第二n型三极管的基极与第一n型三极管的集电极相连,所述第二n型三极管的集电极与外部电源的第一端相连,所述第二n型三极管的发射极与所述第二电阻的第一端相连;所述第二n型三极管的基极还与所述第二放大器的反相输入端相连,或所述第二n型三极管的发射极还与所述第二放大器的反相输入端相连;所述第三n型三极管的基极与所述第二n型三极管的发射极相连,所述第三n型三极管的集电极与所述外部电源的第一端相连,所述第三n型三极管的发射极与所述第三电阻的第一端相连;所述第三电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连;所述第四n型三极管的基极与所述第二放大器的输出端相连,所述第四n型三极管的集电极与外部电源的第一端相连,所述第四n型三极管的发射极与所述第四电阻的第一端相连;所述第四电阻的第二端与所述外部电源的第二端相连;所述第五n型三极管的基极与所述第四n型三极管的发射极相连,所述第五n型三极管的集电极与
所述第二电阻的第二端相连,所述第五n型三极管的集电极还与所述输入级模块相连,所述第五n型三极管的发射极与第五电阻的第一端相连;所述第五电阻的第二端还与所述第四电阻的第二端相连;所述增益模块包括:第一n型三极管、第一电流源和第二电流源;所述第一n型三极管的基极与所述输入级模块的输出端相连,所述第一n型三极管的集电极分别与所述第二电流源的第二端和所述电流源驱动模块相连;所述第一n型三极管的发射极与所述第一电流源的第一端相连;所述第二电流源的第一端与外部电源的第一端相连;所述第一电流源的第二端与外部电源的第二端相连。
13.可选地,所述运算放大器还包括:第一极限控制模块和第二极限控制模块;所述第一极限控制模块与所述电流源驱动模块相连,用于当采集的所述电流源驱动模块输出的所述电流源输出电压小于第二基准电压时,对所述电流源驱动模块的电流源驱动电流进行分流;所述电流源驱动模块用于根据减小的所述电流源驱动电流减小输出第一极限电流;所述第二极限控制模块与所述电流沉驱动模块相连,用于当采集所述电流沉驱动模块输出的所述电流沉输出电压大于所述第三基准电压时,对所述电流沉驱动模块的电流沉驱动电流进行分流;所述电流沉驱动模块用于根据减小的所述电流源驱动电流减小输出第二极限电流。
14.第三方面,本实用新型提供一种运算放大器,所述运算放大器还包括:输入级模块、增益模块、电流源驱动模块和电流沉驱动模块;所述输入级模块包括第一放大器;所述第一放大器的同相输入端与所述电流沉驱动模块的输出端相连所述第一放大器的输出端与所述增益模块相连;所述电流源驱动模块包括:第二n型三极管、第三n型三极管、第二电阻和第三电阻;所述电流沉驱动模块包括:第四n型三极管、第五n型三极管、第四电阻和第五电阻;所述第二n型三极管的基极与第一n型三极管的集电极相连,所述第二n型三极管的集电极与外部电源的第一端相连,所述第二n型三极管的发射极与所述第二电阻的第一端相连;所述第二n型三极管的基极还与所述第二放大器的反相输入端相连,或所述第二n型三极管的发射极还与所述第二放大器的反相输入端相连;所述第三n型三极管的基极与所述第二n型三极管的发射极相连,所述第三n型三极管的集电极与所述外部电源的第一端相连,所述第三n型三极管的发射极与所述第三电阻的第一端相连;所述第三电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连;所述第四n型三极管的基极与所述第二放大器的输出端相连,所述第四n型三极管的集电极与外部电源的第一端相连,所述第四n型三极管的发射极与所述第四电阻的第一端相连;所述第四电阻的第二端与所述外部电源的第二端相连;所述第五n型三极管的基极与所述第四n型三极管的发射极相连,所述第五n型三极管的集电极与所述第二电阻的第二端相连,所述第五n型三极管的集电极还与所述输入级模块相连,所述第五n型三极管的发射极与第五电阻的第一端相连;所述第五电阻的第二端还与所述第四电阻的第二端相连;所述增益模块包括:第一n型三极管、第三p型三极管、第九n型三极管和第十六n型三极管;所述第一n型三极管的基极与所述第一放大器的输出端相连,所述第一n型三极管的集电极与所述第三p型三极管的集电极相连,所述第一n型三极管的发射极与所述第十六n型三极管的集电极相连;所述第十六n型三极管的基极与所述第十五n型三极管的基极相连,所述第十六n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第九n型三极管的基极用于输入第一基准电压,所述第九n型三极管的集电极与外部电源的第一端相连,所述第九n型三极管的发射极与所述第一n型三极管的发射极相连;所述第三p型三极管的
基极与所述第二p型三极管的基极相连,所述第三p型三极管的发射极与外部电源的第一端相连。
15.相比于现有技术,本实用新型具有如下有益效果:
16.通过静态控制反馈模块分别与电流源驱动模块和电流沉驱动模块相连,当采集到电流源驱动电压小于第一基准电压时增大向电流沉驱动模块输出电流沉驱动电流;电流沉驱动动模块根据电流沉驱动电流减小输出目标电压,并将所述目标电压反馈给输入级模块,输入级模块根据减小向输入的目标电压减小向所述增益模块输出增益驱动电流,增益模块根据减小的驱动电流增大向电流源驱动模块输入电流源驱动电流,电流源驱动模块根据增大的所述电流源驱动电流使驱动级静态电流增大,从而使所述驱动级静态电流保持平衡,避免了现有技术中采用调整运算放大器中的电阻阻值实现对驱动级静态电流的控制受到运算放大器的绝对参数影响,实现对驱动级静态电流的精确控制。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例提供的一种静态电流控制电路的结构图;
18.图2为本实用新型实施例提供的第一种静态电流控制电路的电路图;
19.图3为本实用新型实施例提供的第二种静态电流控制电路的电路图;
20.图4为本实用新型实施例提供的第三种静态电流控制电路的电路图;
21.图5为本实用新型实施例提供的第四种静态电流控制电路的电路图;
22.图6为本实用新型实施例提供的第五种静态电流控制电路的电路图;
具体实施方式
23.下面结合附图及实施例对本实用新型中的技术方案进一步说明。
24.本实用新型所有公式中涉及的符号说明:
25.nx表示npn晶体管;px表示pnp晶体管。
26.βn表示npn晶体管的电流放大系数;β
p
表示pnp晶体管的电流放大系数。
27.ix表示电流源,其后的数字表示电阻的序号;i
x
表示与其序号相同的电流源的电流值,其后的数字表示电流源的序号。
28.rx表示电阻,其后的数字表示电阻的序号;r
x
表示与其序号相同的电阻的电阻值,其后的数字表示电阻的序号。
29.i
pxx
表示某pnp器件某端口的电流,其中i表示电流符号,下标pxx中p表示pnp双极型晶体管符号,第一个x表示器件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字;第二个x表示器件的端口,分别是c(集电极)、b(基极)和e(发射极)。
30.i
nxx
表示某npn器件某端口的电流,其中i表示电流符号,下标nxx中n表示npn双极型晶体管符号,第一个x表示器件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字;第二个x表示器件的端口,分别是c(集电极)、b(基极)和e(发射极)。
[0031]vpxx
表示某pnp器件某端口的电压,其中v表示电压符号,下标pxx中p表示pnp双极型晶体管符号,第一个x表示器件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字;第二个x表示器件的端口,分别是c(集电极)、b(基极)和e(发射极)。
[0032]vnxx
表示某npn器件某端口的电压,其中v表示电压符号,下标nxx中n表示npn双极
型晶体管符号,第一个x表示器件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字;第二个x表示器件的端口,分别是c(集电极)、b(基极)和e(发射极)。
[0033]vbepx
表示某pnp器件的be结电压,其中v表示电压符号,下标bepxx中be表示be结,p表示pnp双极型晶体管符号,x表示器件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字。
[0034]vbenx
表示某npn器件的be结电压,其中v表示电压符号,下标benxx中be表示be结,n表示npn双极型晶体管符号,x表示器件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字。
[0035]ispx
表示某pnp器件的饱和电流,其中i表示电流符号,下标spx中s表示饱和,p表示pnp双极型晶体管符号,x表示器件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字。
[0036]isnx
表示某npn器件的饱和电流,其中i表示电流符号,下标snx中s表示饱和,n表示npn双极型晶体管符号,x表示器件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字。
[0037]kxxxx
表示两个双极型晶体管器件的发射极面积之比,其中第一、三个x表示器件类型,分别是p或者n;第二、四个x表示器件编号,为1、2、3等等阿拉伯数字。
[0038]vrx
表示某电阻元件两端的电压,其中v表示电压符号,r表示电阻符号,x表示元件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字。
[0039]irx
表示流过某电阻元件电流,其中i表示电流符号,r表示电阻符号,x表示元件编号,编号为1、2、3等等阿拉伯数字。
[0040]krxrx
表示两个电阻的阻值之比,下标中两个r表示电阻符号,两个x表示元件编号,为1、2、3等等阿拉伯数字。
[0041]
图1为本实用新型实施例提供的一种静态电流控制电路的结构图,如图1所示,静态电流控制电路应用于运算放大器,所述运算放大器包括:输入级模块100、增益模块200电流源驱动模块400和电流沉驱动模块500;所述控制电路包括:静态控制反馈模块300;
[0042]
所述静态控制反馈模块300分别与电流源驱动模块400和电流沉驱动模块500相连,还用于当采集到的所述电流源驱动模块400的电流源驱动电压小于第一基准电压时增大向所述电流沉驱动模块500输出电流沉驱动电流;
[0043]
所述电流沉驱动模块500的输出端与所述输入级模块100相连,用于根据所述电流沉驱动电流减小输出目标电压,还用于将所述目标电压反馈给所述输入级模块100;
[0044]
所述输入级模块100与所述增益模块200相连,用于根据减小的目标电压减小向所述增益模块200输出增益驱动电流;
[0045]
所述增益模块200分别与所述电流源驱动模块400相连,用于根据所述减小的增益驱动电流增大向所述电流源驱动模块400输入电流源驱动电流;
[0046]
所述电流源驱动模块400还用于根据增大的所述电流源驱动电流使驱动级静态电流增大,还用于根据增大的所述电流源驱动电流使所述电流源驱动电压增大至所述第一基准源电压。
[0047]
在本实施例中,通过静态控制反馈模块300采集电流源驱动模块400的电流源驱动电压,当电流源驱动电压小于第一基准电压时增大向所述电流沉驱动模块500输出电流驱动电流,电流沉驱动模块500根据电流沉驱动电流较小输出目标电压,并将目标电压反馈给所述输入级模块100模块,输入级模块100根据减小的目标电压减小向增益模块200输出增益驱动电流,增益模块200根据减小的增益驱动电流增大向电流源驱动模块400输入电流源驱动电流,电流源驱动模块400根据增大的根据增大的所述电流源驱动电流使驱动级静态
电流增大,根据增大的所述电流源驱动电流使所述电流源驱动电压增大至所述第一基准源电压,从而使驱动级静态电流保持平衡。
[0048]
图2为本实用新型实施例提供的一种静态电流控制电路的电路图,如图2所示,所述输入级模块100包括第一放大器a1;所述第一放大器a1的同相输入端与所述电流沉驱动模块500的输出端相连所述第一放大器a1的输出端与所述增益模块200相连。
[0049]
在本实用新型实施例中,当第一放大器a1的反相输入端采集到电流沉驱动模块500输出的目标电压减小时,第一放大器a1的输出端减小向增益模块200输出增益驱动电流。
[0050]
如图2所示,所述增益模块200包括:第一n型三极管n1、第一电流源i1和第二电流源i2;所述第一n型三极管n1的基极与所述输入级模块100的输出端相连,所述第一n型三极管n1的集电极分别与所述第二电流源i2的第二端和所述电流源驱动模块400相连;所述第一n型三极管n1的发射极与所述第一电流源i1的第一端相连;所述第二电流源i2的第一端与外部电源的第一端相连;所述第一电流源i1的第二端与外部电源的第二端相连。
[0051]
所述静态控制反馈模块300包括第二放大器a2;所述第二放大器a2的同相输入端用于输入第一基准源电压;所述第二放大器a2的反相输入端与所述电流源驱动模块400相连,所述第二放大器a2的输出端与所述电流沉驱动模块500相连。需要说明的是,图中的虚线部分表示第二放大器a2与电流源驱动模块400的两种连接方式,实际在使用过程中,两条虚线并不能同时连接使用,每次使用时选择其中一条虚线进行连接。
[0052]
所述电流源驱动模块400包括:第二n型三极管n2、第三n型三极管n3、第二电阻r2和第三电阻r3;所述第二n型三极管n2的基极与所述第一n型三极管n1的集电极相连,所述第二n型三极管n2的集电极与外部电源的第一端相连,所述第二n型三极管n2的发射极与所述第二电阻r2的第一端相连;所述第二n型三极管n2的基极还与所述第二放大器a2的反相输入端相连,或所述第二n型三极管n2的发射极还与所述第二放大器a2的反相输入端相连;所述第三n型三极管n3的基极与所述第二n型三极管n2的发射极相连,所述第三n型三极管n3的集电极与所述外部电源的第一端相连,所述第三n型三极管n3的发射极与所述第三电阻r3的第一端相连;所述第三电阻r3的第二端与所述第二电阻r2的第一端相连。
[0053]
需要说明的是,第三n型三极管n3为电流源驱动管,第二n型三极管n2和第三n型三极管n3构成达林顿结构,第三电阻r3为第三n型三极管n3的退化电阻,该电阻一般阻值很小。
[0054]
所述电流沉驱动模块500包括:第四n型三极管n4、第五n型三极管n5、第四电阻r4和第五电阻r5;所述第四n型三极管n4的基极与所述第二放大器a2的输出端相连,所述第四n型三极管n4的集电极与外部电源的第一端相连,所述第四n型三极管n4的发射极与所述第四电阻r4的第一端相连;所述第四电阻r4的第二端与所述外部电源的第二端相连;所述第五n型三极管n5的基极与所述第四n型三极管n4的发射极相连,所述第五n型三极管n5的集电极与所述第二电阻r2的第二端相连,所述第五n型三极管n5的集电极还与所述输入级模块100相连,所述第五n型三极管n5的发射极与第五电阻r5的第一端相连;所述第五电阻r5的第二端还与所述第四电阻r4的第二端相连。
[0055]
需要说明的是,第四n型三极管n4和第五n型三极管n5构成达林顿结构,第五电阻r5为第五n型三极管n5的退化电阻,该电阻一般阻值很小。
[0056]
静态控制反馈模块300采集到电流源驱动模块400的电流源驱动电压小于第一基准电压时,增大向电流沉驱动模块500输出电流沉驱动电流,即第四n型三极管n4的基极电流增大,从而使电流沉驱动模块500输出的目标电压v
out
增大,即第一放大器a1的同相输入端的电压增大,第一放大器a1的输出端减小向增益模块200输出增益驱动电流时,第一n型三极管n1的基极接收到的电流减小,第一n型三极管n1的集电极电流减小,即增大向第二n型三极管n2的基极输入电流,第三n型三极管n3的发射极电流也增大,即驱动级电流增大,从而使惊天电流保持平衡。
[0057]
图3为本实用新型实施例提供的第二种静态电流控制电路的电路图,如图3所示,所述控制电路还包括:第一基准源模块,所述第一基准源模块与所述静态控制反馈模块300相连,用于为所述静态控制反馈模块300提供第一基准电压;所述第一基准源模块包括:第三电流源i3、第十n型三极管n10、第十一n型三极管n11、第六电阻r6、第七电阻r7和第四电流源i4;所述第三电流源i3的第一端与外部电源的第一端相连,所述第三电流源i3的第二端与第十n型三极管n10的集电极相连;所述第十n型三极管n10的基极通过第六电阻r6分别与所述第四电流源i4的第一端和所述第二放大器a2的同相输入端相连,所述第十n型三极管n10集电极与基极相连,所述第十n型三极管n10的发射极与所述第十一n型三极管n11的集电极相连;所述第十一n型三极管n11的基极与集电极相连,所述第十n型三极管n10的发射极通过第七电阻r7与所述电流沉驱动模块500相连;所述第四电流源i4的第二端与外部电源的第二端相连;所述第二放大器a2的反相输入端与所述第二n型三极管n2的基极相连。
[0058]
在本实施例中,第三电流源i3、第四电流源i4、第十n型三极管n10、第十一n型三极管n11、第六电阻r6和第七电阻r7构成动态基准源,动态基准电压方程为:
[0059]vref
=v
r7
v
ben10
v
ben11-v
r6
v
out
[0060]
其中,v
r6
=i4r6,v
r7
=(i
3-i4)r7,故:
[0061]vref
=(i
3-i4)r7 v
ben10
v
ben11-i4r6 v
out
[0062]
由于第二放大器a2a2的虚短特性,其两个输入端电压相等,故:
[0063]vn2b
=(i
3-i4)r7 v
ben10
v
ben11-i4r6 v
out
[0064]
因此,驱动级静态电流为:
[0065][0066]
其中,第二n型三极管n2、第三n型三极管n3、第十n型三极管n10和第十一n型三极管n11为同类器件,可认为其基极-发射极电压接近,故:
[0067][0068]
在设计时,第三电阻r3、第六电阻r6和第七电阻r7采用同类电阻,则最终驱动级静态电流值完全由第三电流源i3、第四电流源i4、第六电阻r6与第三电阻r3的阻值之比k
r6r3
以及第七电阻r7与第三电阻r3的阻值之比k
r7r3
决定,从而达到精确控制驱动级静态电流的目的。
[0069]
需要说明的是,当设计过程中,当由于器件结构及版图布局等原因,第三n型三极管n3和第十n型三极管n10的电流和发射极面积不成比例时,只要适当调整第六电阻r6和第七电阻r7的阻值,即可将驱动级静态电流设定为合理的值。
[0070]
图4为本实用新型实施例提供的第三种静态电流控制电路的电路图,如图4所示,所述控制电路还包括:第一基准源模块,所述第一基准源模块与所述静态控制反馈模块300相连,用于为所述静态控制反馈模块300提供第一基准电压;所述第一基准源模块包括:第三电流源i3、第十n型三极管n10、第六电阻r6和第四电流源i4;所述第三电流源i3的第一端与外部电源的第一端相连,所述第三电流源i3的第二端与第十n型三极管n10的集电极相连;所述第十n型三极管n10的基极通过第六电阻r6分别与第四电流源i4的第一端和所述第二放大器a2的同相输入端相连,所述第十n型三极管n10的集电极与基极相连,所述第十n型三极管n10的发射极通过第七电阻r7与所述电流沉驱动模块500相连;所述第四电流源i4的第二端与外部电源的第二端相连;所述第二放大器a2的反相输入端与所述第三n型三极管n3的基极相连。
[0071]
在本实施例中,第三电流源i3、第四电流源i4、第十n型三极管n10、第六电阻r6和第七电阻r7构成动态基准源电路,动态基准电压方程为:
[0072]vref
=v
r7
v
ben10-v
r6
v
out
[0073]
其中,v
r6
=i4r6,v
r7
=(i
3-i4)r7,故:
[0074]vref
=(i
3-i4)r7 v
ben10-i4r6 v
out
[0075]
由于第二放大器a2的虚短特性,其两个输入端电压相等,故
[0076][0077]
由于第三n型三极管n3、第十n型三极管n10为同类器件,故可以认为其基极-发射极电压接近,故:
[0078][0079]
设计时第六电阻r6、第七电阻r7采用同类电阻,则最终驱动级静态电流值完全由第三电流源i3和第四电流源i4、第六电阻r6与第三电阻r3的阻值之比k
r6r3
以及第七电阻r7与第三电阻r3的阻值之比k
r7r3
决定,从而达到精确控制驱动级静态电流的目的。
[0080]
需要说明的是,当设计过程中,当由于器件结构及版图布局等原因,第三n型三极管n3和第十n型三极管n10的电流和发射极面积不成比例时,只要适当调整第六电阻r6和第七电阻r7的阻值,即可将驱动级静态电流设定为合理的值。
[0081]
在本实用新型实施例中,所述运算放大器还包括:第一极限控制模块600和第二极限控制模块700;
[0082]
所述第一极限控制模块600与所述电流源驱动模块400相连,用于当采集的所述电流源驱动模块400输出的所述电流源输出电压小于第二基准电压时,对所述电流源驱动模块400的电流源驱动电流进行分流;
[0083]
所述电流源驱动模块400用于根据减小的所述电流源驱动电流减小输出第一极限电流;
[0084]
所述第二极限控制模块700与所述电流沉驱动模块500相连,用于当采集所述电流沉驱动模块500输出的所述电流沉输出电压大于所述第三基准电压时,对所述电流沉驱动模块500的电流沉驱动电流进行分流;
[0085]
所述电流沉驱动模块500用于根据减小的所述电流源驱动电流减小输出第二极限
电流。
[0086]
在本实施例中,通过第一极限控制模块600将采集到的电流源输出电压与第二基准电压比较,当电流源输出电压小于第二基准电压时,对电流源驱动模块400的电流源驱动电流进行分流,电流源驱动模块400根据减小的电流源驱动电流减小输出第一电流,从而实现对第一极限电流的精确控制;通过第二极限控制模块700采集电流沉驱动模块500输出的电流陈输出电压与第三基准电压相比较,当电流沉输出电压大于第三基准电压时,对所述电流沉驱动模块500进行分流,电流沉驱动模块500根据减小的电流源驱动电流减小输出第二极限电流,从而实现对第二极限电流的精确控制。
[0087]
图5为本实用新型实施例提供的第四种静态电流控制电路的电路图,如图5所示,所述第二运算放大器包括:第十八n型三极管n18、第十九n型三极管n19、第二十n型三极管n20、第二十一n型三极管n21、第二十二n型三极管n22、第四p型三极管p4、第五p型三极管p5、第十八p型三极管p18和第十九p型三极管p19;所述第十八n型三极管n18的基极用于接收基准电流,所述第十八n型三极管n18的集电极分别与所述第十九n型三极管n19的发射极和所述第二十n型三极管n20的发射极相连,所述第十八n型三极管n18的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十九n型三极管n19的基极与所述第一基准源模块相连,所述第十九n型三极管n19的集电极分别与所述第五p型三极管p5的集电极和所述第十九p型三极管p19的发射极相连;所述第二十n型三极管n20的基极与所述电流沉驱动模块相连,所述第二十n型三极管n20的集电极分别与所述第四p型三极管p4的集电极和所述第十八p型三极管p18的发射极相连;所述第四p型三极管p4的基极分别与所述第二p型三极管p2的基极和所述第五p型三极管p5的基极相连,所述第四p型三极管p4的发射极与外部电源的第二端相连,所述第四p型三极管p4的集电极与所述第十八p型三极管p18相连;所述第五p型三极管p5的发射极与外部电源的第一端相连,所述第五p型三极管p5集电极与第十九p型三极管p19的发射极相连;所述第十八p型三极管p18的基极用于输入第二偏置电压,所述第十八p型三极管p18的集电极与所述第二十一n型三极管n21的集电极相连;所述第十九p型三极管p19的基极与所述第十八p型三极管p18的基极相连,所述第十九p型三极管p19的集电极分别与所述第二十二n型三极管n22的集电极和所述电流沉驱动模块相连;所述第二十一n型三极管n21的基极与所述第二十二n型三极管n22的基极相连,所述第二十一n型三极管n21的集电极与基极相连,所述第二十一n型三极管的发射极与外部电源的第二端相连;所述第二十二n型三极管n22的发射极与外部电源的第二端相连。
[0088]
所述控制电路还包括:第一基准源模块,所述第一基准源模块与所述静态控制反馈模块相连,用于为所述静态控制反馈模块提供第一基准电压和基准电流;所述第一基准源模块包括:第七电流源i7、第十四n型三极管n14、第十五n型三极管n15、第二p型三极管p2、第十n型三极管n10和第十七n型三极管n17;所述第七电流源i7的第一端与外部电源的第一端相连,所述第七电流源i7的第二端与所述第十四n型三极管n14的集电极相连;所述第十四n型三极管n14的基极与所述第十五n型三极管n15的基极相连,所述第十四n型三极管n14的集电极与基极相连,所述第十四n型三极管n14的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十五n型三极管n15的集电极与所述第二p型三极管p2的集电极相连,所述第十五n型三极管n15的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十七n型三极管n17的基极与所述第十五n型三极管n15的基极相连,所述第十七n型三极管n17的集电极分别与所述第十n型三
极管n10的发射极和所述第十九n型三极管n19的基极相连,所述第十七n型三极管n17的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十n型三极管n10的基极与集电极相连,所述第十n型三极管n10的集电极与电流源驱动模块相连;所述第二p型三极管p2的基极分别与第四p型三极管p4的基极和所述第五p型三极管p5的基极相连,所述第二p型三极管p2的集电极与外部电源的第一端相连,所述第二p型三极管p2的集电极与基极相连。
[0089]
所述增益模块包括:第一n型三极管n1、第三p型三极管p3、第九n型三极管n9和第十六n型三极管n16;所述第一n型三极管n1的基极与所述第一放大器的输出端相连,所述第一n型三极管n1的集电极与所述第三p型三极管p3的集电极相连,所述第一n型三极管n1的发射极与所述第十六n型三极管n16的集电极相连;所述第十六n型三极管n16的基极与所述第十五n型三极管的基极相连,所述第十六n型三极管n16的发射极与外部电源的第二端相连;所述第九n型三极管n9的基极用于输入第一基准电压,所述第九n型三极管n9的集电极与外部电源的第一端相连,所述第九n型三极管n9的发射极与所述第一n型三极管n1的发射极相连;所述第三p型三极管p3的基极与所述第二p型三极管的基极相连,所述第三p型三极管p3的发射极与外部电源的第一端相连。
[0090]
本实施例适用于输出电流能力不大、驱动管发射极面积不大的功率运放,这类运放可以通过参数设计使第十n型三极管n10与第三n型三极管n3的静态电流与发射极面积成比例。
[0091]
第一放大器a1为输入级电路;
[0092]
第一n型三极管n1为主体运放增益级输入管,第一n型三极管n1、第九n型三极管n9、第十六n型三极管n16和第三p型三极管p3构成增益级;
[0093]
第九n型三极管n9构成分流电路;
[0094]v1
、v2为偏置电压;
[0095]
第七电流源i7为基准电流,第十四n型三极管n14、第十五n型三极管n15和第二p型三极管p2为镜像电路,将基准电流按比例镜像给其他电路;
[0096]
第十八n型三极管n18、第十九n型三极管n19、第二十n型三极管n20、第二十一n型三极管n21、第二十二n型三极管n22、第四p型三极管p4、第五p型三极管p5、第十八p型三极管p18和第十九p型三极管p19为静态电流控制运放;
[0097]
静态电流控制运放的正输入端接out端口,并以out端口电压为动态基准,静态电流控制运放的正输入端即第二十n型三极管n20的基极;
[0098]
第十n型三极管n10构成降压电路,第十七n型三极管n17为其提供偏置电流;
[0099]
第三n型三极管n3的基极电压经过第十n型三极管n10降压后,接入静态电流控制运放的负输入端,即第十九n型三极管n19的基极。
[0100]
由于静态电流控制运放的虚短特性,有
[0101]vn19b
=v
n20b
[0102]
又
[0103]vn19b
=v
n20b
v
r3
v
ben3-v
ben10
[0104]
若忽略退化电阻上的压降,则
[0105]vben3
=v
ben10
[0106]
设置第二n型三极管n2和第三n型三极管n3均工作在放大区,则驱动级静态电流主
要由第三n型三极管n3的集电极电流决定,因此驱动级静态电流为
[0107]
i0=i
n17ckn3n10
=i7k
n17n14kn3n10
[0108]
由于i7为基准电流,k
n17n14
、k
n3n10
均为比例常数,因此达到精确控制驱动级静态电流的目的。
[0109]
在本实用新型的另一实施例中,图6为本实用新型实施例提供的第五种静态电流控制电路的电路图,如图6所示,所述控制电路还包括:第一基准源模块,所述第一基准源模块与所述静态控制反馈模块相连,用于为所述静态控制反馈模块提供第一基准电压和基准电流;所述第一基准源模块包括:第七电流源i7、第十四n型三极管n14、第十五n型三极管n15、第二p型三极管p2、第十七n型三极管n17、第六电阻r6、第二十p型三极管p20、第十p型三极管p10和第十一p型三极管;所述第七电流源i7的第一端与外部电源的第一端相连,所述第七电流源i7的第二端与所述第十四n型三极管n14的集电极相连;所述第十四n型三极管n14的基极与所述第十五n型三极管n15的基极相连,所述第十四n型三极管n14的集电极与基极相连,所述第十四n型三极管n14的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十五n型三极管n15的集电极与所述第二p型三极管p2的集电极相连,所述第十五n型三极管n15的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十七n型三极管n17的基极与所述第十五n型三极管n15的基极相连,所述第十七n型三极管n17的集电极分别与所述第六电阻r6的第一端和所述第十九n型三极管的基极相连,所述第十七n型三极管n17的发射极与外部电源的第二端相连;所述第十n型三极管的基极分别与集电极和所述第六电阻r6的第二端相连,所述第十n型三极管的集电极与所述第二十p型三极管p20的集电极相连,所述第十n型三极管的发射极与所述第十一n型三极管的集电极和基极相连;所述第十一n型三极管的发射极与电流源驱动模块相连;所述第二十p型三极管p20的基极与所述第二p型三极管p2的基极相连,所述第二十p型三极管p20的集电极与外部电源的第一端相连;所述第二p型三极管p2的基极与集电极相连,所述第二p型三极管p2的发射极与外部电源的第一端相连。
[0110]
本实施例的电路适用于输出电流能力较大、驱动管面积较大的功率运放,由于输出电流能力较大,因此第三n型三极管n3的面积较大,但在空载时第三n型三极管n3的发射极电流较小,因此难以通过参数设计使n10、n11与n3的静态电流与发射极面积成比例。
[0111]
a1为输入级电路;
[0112]
n1为主体运放增益级输入管,n1、n9、n16、p3构成增益级;
[0113]
n9构成分流电路;
[0114]v1
、v2为偏置电压;
[0115]
n2、n3、n4、n5、r2、r3、r4、r5构成驱动级;
[0116]
n3为电流源驱动管,n2、n3构成达林顿结构;r3为n3的退化电阻,该电阻一般阻值很小;
[0117]
n5为电流沉驱动管,n4、n5构成达林顿结构;r5为n5的退化电阻,该电阻一般阻值很小;
[0118]
i7为基准电流,n14、n15、p2为镜像电路,将基准电流按比例镜像给其他电路;
[0119]
n18、n19、n20、n21、n22、p4、p5、p18、p19为静态电流控制运放;
[0120]
静态电流控制运算放大器的正输入端接n17的集电极,并以v
n17c
为动态基准,静态电流控制运放的正输入端即n19的基极;
[0121]
p20、n10、n11、n17、r6构成动态基准电路,动态基准电压为
[0122]vn17c
=v
ben10
v
ben11-v
r6
v
out
[0123]vr6
=i
n17c
r6=i7k
n17n14
r6[0124]
故
[0125]vn17c
=v
ben10
v
ben11-i7k
n17n14
r6 v
out
[0126]
根据静态电流控制运放的虚短特性,有
[0127]vn2b
=v
ben10
v
ben11-i7k
n17n14
r6 v
out
[0128]
设置n2、n3均工作在放大区,则驱动级静态电流主要由n3的集电极电流决定,因此驱动级静态电流为
[0129][0130]
由于n2、n10为同类器件,且n2的面积并不大,故可认为两者基极-发射极电压接近,因此
[0131][0132]
从上式可以看出,驱动级静态电流与βn、npn的基极-发射极电压等工艺参数无关,尽管驱动级静态电流仍然与电阻值相关,但对于图6中输出电流能力较大、驱动管面积较大的功率运放来说,将静态电流参数作适当放宽是合理的,本实用新型仍然将静态电流的偏差限制在了尽可能小的范围之内。
[0133]
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个
……”
限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0134]
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。