[發(fā)明專(zhuān)利]電流放大器結(jié)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01104518.3
• 申請(qǐng)日: 2001-02-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1368792A
• 公開(kāi)（公告）日: 2002-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閘鋼;黃勍隆
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳賽意法微電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03F3/00
• 分類(lèi)號(hào): H03F3/00;H03F3/45
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司
• 代理人: 梁永

本發(fā)明總地涉及模擬集成電路，更具體地涉及包括電壓-電流轉(zhuǎn)換和電流放大的電流放大器。

盡管對(duì)于電壓放大有很多標(biāo)準(zhǔn)電路，電流放大電路是不常見(jiàn)的。在典型的電流放大器中，通過(guò)使用電流鏡獲得放大功能，電流鏡中每個(gè)晶體管具有不同的發(fā)射極面積和發(fā)射極電阻。在大的增益值的情況下，精確匹配發(fā)射極面積和電阻是很關(guān)鍵的。

參考圖1，顯示了放大電流的經(jīng)典方式。圖1的電流放大器包括電流源I1，晶體管Q1、Q2，和電阻元件R1、R2。標(biāo)為Q1和Q2的晶體管分別具有1個(gè)單位和兩個(gè)單位的不同的發(fā)射極面積。在所有其它方面，晶體管Q1和Q2是相同的。由于發(fā)射極面積不同，Q2的飽和電流輸出將是Q1的兩倍；IS2＝2×IS1。

基極和地之間的電壓由下式表示：

Vb＝I1*R1+VT*ln(I1/IS1)?????????????????????(1)

Vb也可表示為：

Vb＝I2*R2+VT*ln(I2/IS2)?????????????????????(2)

(1)式和(2)式相等，得到：

I1*R1+VT*ln(I1/IS1)＝I2*R2+VT*ln(I2/IS2)????(3)

這里R1＝2×R2，IS2＝2×IS1。

(3)式的解為I2＝2×I1，因此輸出電流是輸入電流的2倍。該輸出增益通過(guò)選擇電阻元件R1和R2以及發(fā)射極面積的差別而決定。

該電路具有幾個(gè)缺點(diǎn)。對(duì)于大的電流增益值，電阻元件R1和R2與晶體管Q1和Q2的發(fā)射極部分必須匹配得非常精確，這一點(diǎn)參照?qǐng)D3可知。該電路的另一個(gè)缺點(diǎn)是可以獲得的增益值限于電阻和發(fā)射極面積的相對(duì)值。該增益值限于整數(shù)值。

一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電路可以解決上述現(xiàn)有技術(shù)電流放大器的缺點(diǎn)，它接收電流源或電壓源作為輸入，產(chǎn)生一致的電流作為輸出。而且在需要電流放大或電壓-電流轉(zhuǎn)換的各種應(yīng)用中，這種電路可以有利地被用作標(biāo)準(zhǔn)電流放大器單元。

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電流放大器電路結(jié)構(gòu)，使其適于用作標(biāo)準(zhǔn)電流放大器單元。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是這種電流放大器電路結(jié)構(gòu)可以接受輸入電流源或輸入電壓源。

本發(fā)明的再一個(gè)目的是這種電流放大器電路結(jié)構(gòu)易于與各種應(yīng)用配合，例如要求電流放大和精確可控增益特征的應(yīng)用以及需要電壓-電流轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。

因此，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的集成電路來(lái)放大輸入信號(hào)。該集成電路包括一個(gè)放大器單元，它在很多電路構(gòu)造中可以作為構(gòu)件塊，包括可變?cè)鲆骐娏鞣糯笃骱虯C或DC電壓-電流轉(zhuǎn)換器。基本的放大器單元包括幾個(gè)功能元件，包括輸入級(jí)、電流鏡級(jí)和輸出級(jí)。輸入級(jí)和電流鏡級(jí)允許輸入信號(hào)被復(fù)制而與輸入信號(hào)隔離。該復(fù)制的信號(hào)用作輸出級(jí)的輸入。輸出級(jí)使用電流鏡以在相應(yīng)的輸出端產(chǎn)生兩個(gè)相同的輸出電流，一個(gè)用于反饋或其它目的。通過(guò)審慎地使用與這些輸出端耦合的一個(gè)或多個(gè)電阻元件，這些輸出電流可以用于產(chǎn)生電流放大或電壓-電流轉(zhuǎn)換。

通過(guò)使用決定放大器的輸出增益的電阻元件，獲得了電流放大。增益可以是實(shí)數(shù)值，且可以通過(guò)適當(dāng)選擇電阻元件而精確地確定。在例示的實(shí)施例中，第一電阻元件放在第一輸出電流和反相輸入端之間的反饋連接中。第二電阻元件耦合在第一輸出端和地之間。這些電阻元件的值決定了在最后級(jí)的輸出處的電流放大量。

AC或DC電壓-電流轉(zhuǎn)換可以使用簡(jiǎn)單的電流放大單元完成，通過(guò)使用電壓差分對(duì)作為單元的輸入。使用電阻元件決定輸出電流。在本發(fā)明的例示的實(shí)施例中，通過(guò)在輸入級(jí)的兩個(gè)端子之間提供電壓信號(hào)，獲得電壓-電流轉(zhuǎn)換。該輸入電壓信號(hào)通過(guò)電流鏡的作用在輸入處產(chǎn)生到輸出級(jí)的相同的電壓。通過(guò)輸出級(jí)中的電流鏡的作用，在兩個(gè)輸出端產(chǎn)生相同的電流。將一個(gè)電阻元件放在第一輸出端和地之間的節(jié)點(diǎn)處，發(fā)現(xiàn)第二端子的輸出電流正比于輸入電壓。該電阻元件決定了輸出電流的值。

該電路可以提供或收集電流，因此可以提供AC或DC電壓-電流轉(zhuǎn)換。

在權(quán)利要求中列出了本發(fā)明的新穎的特征。通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖可以最佳地理解本發(fā)明和優(yōu)選的使用方式及其進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)。其中：

圖1是根據(jù)已有技術(shù)的電流放大器的例子。

圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電壓-電流轉(zhuǎn)換的例子。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的電流放大器單元的電路結(jié)構(gòu)。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的電流放大器單元。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的含有可執(zhí)行可變?cè)鲆骐娏鞣糯蟮碾娏鞣糯笃鲉卧膽?yīng)用的方框圖。