CN100530947C - 放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括差分放大器和负反馈回路电路的放大电路，其中在负反馈回路电路内部形成具有比负反馈回路电路的增益小的增益的正反馈回路电路。

Description

放大电路

技术领域

本发明涉及一种放大电路。

背景技术

过去，由于构成差分对的晶体管的特性略有不同，在差分放大器被用作放大电路的情况下，缺点在于尽管差分放大器的输入端之间没有电压差，差分放大器的输出端之间会产生一定的偏移电压电平。

因此，设计这样一种将负反馈回路电路连接到差分放大器的放大电路，并且通过该负反馈回路电路，差分放大器的偏移电压被放大并被反馈到差分放大器，因此差分放大器的偏移电压被消除(例如，参考专利文献1)。

特别地，如图3和4所示，在放大电路101中，低通滤波电路103连接到差分放大器102，缓冲电路104连接到低通滤波器103，并且缓冲电路104连接到差分放大器102，以使得这些低通滤波电路103和缓冲电路104形成负反馈回路电路105。在附图中，参考数字108，109表示放大电路101的输入端，并且参考数字110，111表示放大电路101的输出端。

具有一定增益级的负反馈放大器106和并联连接在负反馈放大器106的输出端之间的电容器107构成低通滤波电路103。

在具有上述构造的放大电路101中，低通滤波电路103只允许将DC偏移电压放大成负反馈放大器106的增益的倍数而不影响差分放大器102的输出信号的高频成分并且该DC偏移电压通过缓冲电路104被反馈到差分放大器102。

[专利文献1]

公开的日本专利申请(KOKAI)No.2003-283266

发明内容

从而，在上述相关技术的放大电路101中，仅由负反馈放大器106的增益确定通过负反馈回路电路105反馈到差分放大器102的反馈量。

因此，在相关技术的放大电路101中，由于负反馈放大器106的增益的极限值，使得在负反馈回路电路105的反馈量也有限制，因此偏移电压只能在一定程度上被消除。

根据本发明的第一实施例，在包括差分放大器和负反馈回路电路的放大电路中，在负反馈回路电路内部形成具有比该负反馈回路电路的增益更小的增益的正反馈回路电路。

可以修改本发明的第一实施例，使得与所述负反馈回路电路的增益结合确定所述正反馈回路电路的增益。

本发明的第一实施例可以被进一步修改，使得利用用于确定负反馈回路电路的增益的一些电阻器来确定正反馈回路电路的增益。

此外，根据本发明的另一个实施例，在包括差分放大器和偏移电压消除负反馈回路电路的放大电路中，在负反馈回路电路内容形成正反馈回路电路，正反馈回路电路具有比负反馈回路电路的增益更小的增益。

可以进行修改，使得与所述负反馈回路电路的增益结合确定所述正反馈回路电路的增益。

可以进一步修改，使得利用用于确定上述负反馈回路电路增益的一些电阻器来确定上述正反馈回路电路的增益。

根据本发明，由于在包括差分放大器和负反馈回路电路的放大电路中，在负反馈回路电路内部形成具有比负反馈回路电路的增益更小的增益的正反馈回路电路，正反馈回路电路的增益通过负反馈回路电路能够增加反馈量，使得能够有利地消除差分放大器的偏移电压。另外，由于正反馈回路电路的增益比负反馈回路电路的增益小，这样就能够消除偏移电压而不使放大电路振荡。

此外，根据本发明，由于与所述负反馈回路电路的增益结合以确定所述正反馈回路电路的增益，正反馈电路的增益能恒定小于负反馈回路电路的增益，这样就能够消除偏移电压而不使放大电路振荡。

更进一步，根据本发明，由于利用用于确定负反馈回路电路的增益的一些电阻器来确定正反馈回路电路的增益，这样就能够防止放大电路的电路大小的增加。

更进一步，根据本发明，由于在包括差分放大器和偏移电压消除负反馈回路电路的放大电路中，在负反馈回路电路内部形成具有比负反馈回路电路的增益更小的增益的正反馈回路电路，借助负反馈回路电路正反馈回路电路的增益能够增加反馈量，使得能够有利地消除差分放大器的偏移电压。另外，由于正反馈回路电路的增益比负反馈回路电路的增益小，这样就能够消除偏移电压而不使放大电路振荡。

更进一步，根据本发明，由于与所述负反馈回路电路的增益结合确定正反馈回路电路的增益，正反馈电路的增益能恒定小于负反馈回路电路的增益，并且从而能够消除偏移电压而不使放大电路振荡。

更进一步，根据本发明，由于利用用于确定负反馈回路电路增益的一些电阻器来确定正反馈回路电路的增益，这样就能够防止放大电路的电路大小的增加。

附图说明

图1是根据本发明示出的放大电路的方块图。

图2是根据本发明的放大电路的电路图。

图3是示出相关技术放大电路的方块图。

图4是相关技术放大电路的电路图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于放大各种信号的放大电路。

放大电路被构成，使得通过差分放大器来放大信号，并且增加有用于消除差分放大器的偏移电压的偏移消除电路。偏移消除电路是一种通过放大和反馈差分放大器产生的偏移电压来消除偏移电压的负反馈回路电路。因此，本发明的放大电路的结构中负反馈回路电路连接到差分放大器。

另外，在根据本发明的放大电路中，在负反馈回路电路内部形成正反馈回路电路。正反馈回路电路具有比负反馈回路电路的增益更小的增益。

从而，在本发明中，由于在负反馈回路电路的内部形成具有比负反馈回路电路的增益更小的增益的正反馈回路电路，因此差分放大器的偏移电压不但放大以被反馈负反馈回路电路的增益而且正反馈回路电路的增益。

因此，在本发明中，负反馈回路电路的反馈量能够被增加，并且差分放大器的偏移电压能够被有利地消除。另外，由于正反馈回路电路的增益比负反馈回路电路增益小，偏移电压能够被消除而不使放大电路振荡，这样能够防止半导体器件发生故障。

特别地，在其中与负反馈回路电路的增益结合确定正反馈回路电路的增益的情况下，正反馈回路电路增益能够恒定小于负反馈回路电路的增益，从而偏移电压能够被消除而不使放大电路振荡，这样能够防止半导体器件发生故障。

此外，在利用用于确定负反馈回路电路的增益的一些电阻器来确定正反馈回路电路的增益的情况下，放大电路的电路的大小的增加能够被防止，这样就能够防止半导体器件随着功能的增加而扩大规模。

下文，参考附图描述根据本发明的放大电路的具体结构。根据本发明的放大电路被并入到主要进行各种信号处理，控制等的半导体器件中，并且该放大电路形成为半导体衬底上的电路。

如图1所示，在放大电路1中，作为偏移消除电路的负反馈回路电路3连接到差分放大器2，并且在负反馈回路电路3的内部形成具有比负反馈回路电路3的增益Gn更小的增益Gp的正反馈回路电路4。在图中，参考数字9表示放大电路1的非反相输入端，参考数字10表示放大电路1的反相输入端，参考数字11表示放大电路1的非反相输出端，并且参考数字12表示放大电路1的反相输出端。

在封闭的回路中通过低通滤波电路5和缓冲电路6形成负反馈回路电路3。在该低通滤波电路5中，电容器C1并联连接在具有增益Gn的负反馈放大器7的输出端之间。

此外，在正反馈回路电路4中，具有比负反馈放大器7的增益Gn更小的增益Gp的正反馈放大器8连接到位于封闭回路中的负反馈放大器7。

在具有上述结构的放大电路1中，低通滤波电路5只允许DC偏移电压以根据负反馈放大器7的增益Gn和正放大器8的增益Gp所确定的增益被放大而不影响差分放大器2的输出信号的高频成分并且通过缓冲电路6被反馈到差分放大器2。

从而，在放大电路1中，在负反馈回路电路3的内部形成具有比负反馈回路电路3的增益Gn更小的增益Gp的正反馈回路电路4。

因此，在放大电路1中，不仅通过负反馈回路电路3的增益Gn而且也通过正反馈回路电路4的增益Gp来放大差分放大器2的偏移电压，并且该偏移电压被反馈到差分放大器2。

从而，在放大电路1中，通过负反馈回路电路3的反馈量能够增加，并且能够有利地消除差分放大器2的偏移电压。另外，由于正反馈回路电路4的增益Gp比负反馈回路电路3的增益Gn小，因此差分放大器2的偏移电压能够被消除而不使放大电路振荡。

下文，描述了具有上述结构的放大电路1的电路结构，示出了具体电路图(图2)。图2所示的电路图仅是具有上述结构的放大电路1的一个实例，并且其他电路结构也可以被使用。

放大电路1的差分放大器2与位于构成差分对的npn型晶体管Q1，Q2的发射极之间的电阻器R3连接，并且分别与在电源端VCC和晶体管Q1，Q2的集电极之间的电阻器R1，R2连接，同时与在接地端和晶体管Q1，Q2的发射极之间的电流源I1，I2连接。

此外，差分放大器2将非反相输入端9和反相输入端10分别连接到晶体管Q1，Q2的基极，并且将非反相输出端11和反相输出端12分别连接到晶体管Q1，Q2的集电极。

构成低通滤波电路5的负反馈放大器7与位于构成差分对的npn型晶体管Q3，Q4的发射极之间的电阻器R8连接，并分别与在电源端VCC和晶体管Q3，Q4的集电极之间串联连接的电阻器R4，R5和电阻器R6，R7连接，同时与在接地端和晶体管Q3，Q4的发射极之间的恒定电流源I3，I4连接。

负反馈放大器7将非反相输出端11和反相输出端12分别连接到晶体管Q3，Q4的基极。

低通滤波电路5与在晶体管Q3，Q4的集电极之间的电容器C1连接。

正反馈放大器8与位于构成差分对的npn型的晶体管Q5，Q6的发射极之间的电阻器R9连接，并分别与在电源端VCC和晶体管Q5，Q6的集电极之间的电阻器R4，R6连接，同时与在接地端和晶体管Q5，Q6的发射极之间的恒定电流源I5，I6连接。

正反馈放大器8将负反馈放大器7的晶体管Q3，Q4的集电极分别连接到晶体管Q5，Q6的基极。

缓冲电路6与在构成差分对的pnp型的晶体管Q7，Q8的发射极之间的电阻器R10连接，并分别与在电源端VCC和晶体管Q7，Q8的发射极之间的恒定电流源I7，I8连接，同时与在电源端VCC和晶体管Q7，Q8的集电极之间的电流源I9，I10连接，并且这些电流源I9，I10经镜面连接到差分放大器2的电流源I1，I2。

此外，缓冲电路6将负反馈放大器7的晶体管Q3，Q4的集电极分别连接到晶体管Q7，Q8的基极。

如上述描述来构成放大电路1，并且下面将确定负反馈放大器7的增益Gn。

如果差分放大器2的偏移电压为“ΔV”，晶体管Q3，Q4的每一个的基极和发射极之间的电阻为“re”，电阻器R8的电阻值为“r3”，并且流过恒定电流源I3，I4的电流为“i1”，那么由差分放大器2的偏移电压产生的电流变化Δi1由下面的公式(1)所表示：

Δi1＝ΔV/(r3+2·re)                     (1)

如果电源端VCC的电势是“Vcc”，电阻器R4，R6的电阻值是“r1”，并且电阻器R5，R7的电阻值是“r2”，那么基极电势Vb5由下面的公式(2)所表示：

Vb5＝Vcc-(i1-Δi1)·(r1+r2)              (2)

因此，从公式(1)得到下面的公式(3)：

Vb5＝Vcc-(i1-ΔV/(r3+2·re))·(r1+r2)    (3)

同样的，晶体管Q6的基极电势Vb6由下面的公式(4)所表示：

Vb6＝Vcc-(i1+Δi1)·(r1+r2)              (4)

因此，从公式(1)得到下面的公式(5)：

Vb6＝Vcc-(i1-ΔV/(r3+2·re))·(r1+r2)    (5)

在晶体管Q5的基极中产生的负反馈放大器7中的偏移电压ΔV5由下面的公式(6)表示：

ΔV5＝Vb5-Vb6                            (6)

因此，从公式(3)和(5)得到下面的公式(7)：

ΔV5＝2·ΔV·(r1+r2)/(r3+2·re)         (7)

因此，负反馈放大器7的增益Gn由下面公式(8)表示：

Gn＝ΔV5/ΔV                             (8)

因此，从公式(8)得到下面的公式(9)：

Gn＝2·(r1+r2)/(r3+2·re)                (9)

在负反馈放大器7中，设置电阻器R4至R8的电阻值，使得增益Gn为1或更大。

下面，当负反馈放大器7中产生的偏移电压为ΔV5时，正反馈放大器8的增益Gp如下面所述被确定。

如果晶体管Q5，Q6的每一个的基极和发射极之间的电阻为“re”，电阻器R9的电阻值是“r3”，流过恒定电流源I5，I6的电流为“i2”，那么由负反馈放大器7的偏移电压产生的电流变化Δi2由下面的公式(10)所表示：

Δi2＝ΔV5/(r3+2·re)                    (10)

晶体管Q5的基极电势Vb5如下面所表示：

Vb5＝Vcc-(i2-Δi2)·r1                   (11)

因此，从公式(10)得到下面的公式(12)：

Vb5＝Vcc-(i2-ΔV5/(r3+2·re))·r1        (12)

同样的，晶体管Q6的基极电势Vb6由下面的公式(13)所表示：

Vb6＝Vcc-(i2+Δi2)·r1                   (13)

因此，同样从公式(10)得到下面的公式(14)：

Vb6＝Vcc-(i2+ΔV5/(r3+2·re))·r1        (14)

此外，在晶体管Q5的基极中产生的在正反馈之后的偏移电压ΔV5′由下面的公式(15)所表示：

ΔV5′＝Vb5-Vb6                          (15)

因此，从公式(12)和(14)得到下面的公式(16)：

ΔV5′＝2·ΔV5·r4/(r3+2·re)           (16)

因此，由下面的公式(17)表示正反馈放大器8的增益Gp：

Gp＝ΔV5′/ΔV5                          (17)

因此，从公式(16)得到下面的公式(18)：

Gp＝2·r1(r3+2·re)                      (18)

在正反馈放大器8中，设置电阻器R4，R6，R9的电阻值，使得增益Gp为1或更大。

根据公式(9)和(18)，负反馈放大器7的增益Gn和正反馈放大器8的增益Gp由下面的公式(19)表示：

Gp＝Gn·r1/(r1+r2)                       (19)

因此，正反馈放大器8的增益Gp比负反馈放大器7的增益Gn小。

从而，在放大电路1中，通过在负反馈回路电路3内部形成具有比负反馈回路电路3的增益Gn小的增益Gp的正反馈回路电路4，差分放大器2的偏移电压不但通过负反馈回路电路3的增益Gn，而且通过正反馈回路电路4的增益Gp被放大并且反馈到差分放大器2。

因此，在放大电路1中，负反馈回路电路3的反馈量可能增加并且能够有利地消除差分放大器2的偏移电压。另外，由于正反馈回路电路4的增益Gp比负反馈回路电路3的增益Gn小，因此能够消除偏移电压而不使放大电路1振荡。

另外，在放大电路1中，由于利用用于确定负反馈回路电路3的增益Gn的电阻器R4～R7中的一些，即电阻器R4，R6确定正反馈回路电路4的增益Gp，因此能够防止放大电路1的电路大小的增加，这能够防止具有附加功能的半导体器件扩大规模。

此外，在放大电路1中，由于利用用于确定负反馈回路电路3的增益Gn的电阻器R4～R7中的一些，即，电阻器R4，R6确定正反馈回路电路4的增益Gp，因此正反馈回路电路4的增益Gp与负反馈闭合电路3的增益一起被确定。

因此，在放大电路1中，正反馈回路电路4的增益Gp能恒定小于负反馈回路3的增益Gn，这样能够消除偏移电压而不使放大电路1振荡，从而防止半导体器件发生故障。

本文献包含的主题涉及2004年7月13日向日本专利局申请的日本专利申请JP2004-206492，在此引入全文作为参考。

本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其它因素进行的在所附权利要求或其等价物范围内的各种修改，组合，再组合以及变型都可能发生。

Claims (1)

1.一种包括差分放大器和偏移电压消除负反馈回路电路的放大电路，其中：

在负反馈回路电路内部形成具有比所述负反馈回路电路的增益小的增益的正反馈回路电路，并且

其中利用用于确定负反馈回路电路的增益的电阻器中的一部分电阻器确定所述正反馈回路电路的增益。

Images