[發明專利]過電壓保護

無效

• 申請號: 00809059.9
• 申請日: 2000-04-19
• 公開（公告）號: CN1355957A
• 公開（公告）日: 2002-06-26
• 發明（設計）人: H·斯滕斯特倫
• 申請（專利權）人: 艾利森電話股份有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳增勇,李亞非

技術領域

本發明涉及對放大器和比較器的差動輸入端的保護，具體地說，涉及具有受保護的輸入端的差動型放大器。

發明背景及現有技術狀況

在許多實際應用的包含運算放大器的電路中，由于使用了反饋并且運算放大器的增益非常高，因此這類放大器的兩個輸入端之間的電壓很接近于零。而相反，比較器被設計成提供能體現比較器的兩個輸入端之間電壓的輸出信號，因此，電路正常使用時，在比較器的輸入端之間一般總存在一定的電壓。但是，輸入電壓可能由于給輸入端提供信號的外部電路的原因而變得太大，這就可能損壞比較器電路。如果運算放大器所用的反饋沒有正常工作，在提供的輸入電壓變得太大時，這樣的放大器也會被損壞。反饋失效的原因可能是：在大電壓供給輸入端的同時、在運算放大器的輸出端上做出了“轉換速率”限制，或者運算放大器的輸出端上連接了太大的負載。因此，運算放大器、尤其是比較器都需要保護電路。比較器在常規電路中顯然還沒有對輸入端之間電壓的機構限制。

發明概述

本發明的目的是為差動放大器的輸入端提供簡單而有效的保護。

這里討論的基于晶體管的差動型放大器的兩個輸入端在常規方式下是輸入、有源放大晶體管的基極端子。輸入晶體管中基射結受到其中發射極和基極相互連接而連結成二極管的晶體管保護。則保護晶體管中有效的pn結是在基極與集電極之間的結，它通常具有高于基極和發射極之間的pn結的反向擊穿電壓。保護晶體管可以有利地以與輸入晶體管基本上相同的方式來制造，并且具有與它們基本相同的電特性，這使得在電子集成電路中能簡便地引入這樣的保護。

因此，通?？紤]包括兩個放大晶體管的差動型放大器，放大器的輸入端直接連接到每個放大晶體管的基極，用來接收輸入電壓，其差值產生和/或被放大、所得結果作為放大器的輸出端上的輸出電壓。因而輸出電壓體現了輸入端之間的電壓。最好，輸出端直接連接到放大晶體管其中之一的集電極。

為保護輸入端，特別是防止過大電流流過放大晶體管，第一晶體管中每一個的發射極直接與保護二極管串聯。每個保護二極管都連接成具有與其所連接的晶體管的基極與發射極之間pn結所形成的二極管相同的方向或極性。并且，保護二極管是由發射極和基極直接互相電連接的保護晶體管構成的。

通常不使用術語“發射極”和“集電極”，以與具有最低擊穿電壓的第一晶體管的pn結形成的二極管相同的方向或極性、直接把保護二極管與每個放大晶體管的pn結中反向擊穿電壓最低的一個pn結串聯。每個保護二極管都包括與放大晶體管相同極性類型的保護晶體管，在差動放大器中它們一般與其他晶體管基本一樣，或至少有基本相同的電特性或屬性。通過直接的電連接使每個保護晶體管中的第一和第二pn結中具有最小反向擊穿電壓的那個pn結短路。

放大晶體管和保護晶體管都可以是基本相同類型的npn晶體管或基本相同類型的pnp晶體管。

附圖說明

現在參照附圖以非限制性實施例對本發明進行描述。圖中：

圖1是已知類型的基于簡單晶體管的差動放大器的電路圖；

圖2是只示出一些基本元件的圖1中放大器的簡化電路圖；

圖3是垂直npn晶體管的橫剖面示意圖；

圖4是已知類型的帶輸入端保護的差動放大器的電路圖；

圖5a是說明基極和集電極直接互相電氣連接的晶體管和二極管之間的等效關系圖；

圖5b是說明基極和發射極直接互相電氣連接的晶體管與二極管之間的等效關系圖；

圖6a是根據圖2的帶輸入端保護的放大器的電路圖，其中通過將晶體管連接成二極管的形式實現保護。

圖6b是一種采用了其他極性的晶體管、類似于圖6a的電路圖。

圖7是一種具有與圖6a所示相同的輸入端保護、按照圖1的放大器的電路圖。

最佳實施例的描述

以下描述有某些明確極性的元件的放大器電路。對本領域的技術人員來說，顯然放大器電路也可以使用相反的極性，所以只要所用元件在其他方面有相應的或類似的電特性，用pnp晶體管代替npn晶體管或相反，使二極管反向，使正電壓改成負電壓或負電壓改成正電壓，使電流方向相反等。