CN102064777B - 放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放大电路，该放大电路包括输入放大器、输出放大器与二极管元件。输出放大器的第一输入端与第二输入端连接于输入放大器的差分输出对。二极管元件的第一端连接于输出放大器的输出端，二极管元件的第二端连接于输出放大器的第一输入端。当输出放大器的输出端与输入端的电压差大于二极管元件的位障电压时，此二极管元件会导通而使输出放大器的输出端连接至输出放大器的输入端。本发明提供的放大电路，在暂态时，可迅速平缓输出信号的过冲现象。而在稳态时二极管元件截止，藉以维持运算放大器的正常运作。

Description

放大电路

技术领域

本发明涉及一种放大电路，尤其涉及一种具有过冲抑制功能的放大电路。

背景技术

在信号处理与控制系统中，经常使用放大电路来调整、传输、增强、或缩放信号。放大器有许多种类，单看使用的放大器的用途与其频宽需求，如功率放大器、协调放大器、输入级放大器、输出级放大器等。

传统放大器于输出信号时，可能因为相位边际(phase margin)不足、面积不足等诸多因素，而在动态操作时会产生过冲(overshoot)现象。过冲现象是指电路在转换状态时，暂态的瞬间电压无法及时稳定而大幅超过稳态电压，此现象在信号输出时会造成信号的不稳定，后方接收信号的电路会因此导致动作错误或甚者烧毁电路。在许多应用上来说，稳定的输出电压是必须的，而电压瞬间上升的问题发生应该被抑制在容许范围之内。

现有的抑制过冲现象的方法可设计较大的相位边际，因而使动态反应变慢，并且针对不同的条件如程序、电压、温度变化(process-voltage-temperaturevariation，简称为：PVT variation)下，不同情况下的相位边际差异过大，导致必须依照不同情况来变更电路设计。而其他方法如利用加大电流以加速状态改变，或者在输出端增加电容以降低其震荡幅度与稳定输出电压，也会增加部分制造成本与电路面积。

发明内容

本发明的目的是提供一种放大电路，通过二极管元件在暂态时迅速稳定过冲的信号，于稳态时将二极管元件截止以维持放大器的正常运作，用以抑制放大电路的过冲现象。

本发明实施例提供一种放大电路，包括输入放大器、输出放大器与第一二极管元件。输入放大器具有第一输入端、第二输入端与差分输出对。输出放大器具有第一输入端、第二输入端与输出端，输出放大器的第一输入端与第二输入端连接至输入放大器的差分输出对。第一二极管元件的第一端连接于输出放大器的输出端，第一二极管元件的第二端连接于输出放大器的第一输入端。此第一二极管元件在输出放大器的输出端与输出放大器的第一输入端的电压差大于第一二极管元件的位障电压时会导通。

在本发明的一实施例中，上述的第一二极管元件包括一个二极管，此二极管的阳极连接至输出放大器的输出端，而二极管的阴极连接至输出放大器的第一输入端。

在本发明的一实施例中，上述的第一二极管元件包括一个二极管，此二极管的阴极连接至输出放大器的输出端，而二极管的阳极连接至输出放大器的第一输入端。

在本发明的一实施例中，上述的第一二极管元件包括多个二极管，这些二极管相互串联而形成二极管串，其中二极管串的阳极连接至输出放大器的输出端，而二极管串的阴极连接至输出放大器的第一输入端。

在本发明的一实施例中，上述的第一二极管元件包括多个二极管，这些二极管相互串联而形成二极管串，其中二极管串的阳极连接至输出放大器的第一输入端，而二极管串的阴极连接至输出放大器的输出端。

在本发明的一实施例中，上述的第一二极管元件包括一个二极管与可变电阻。可变电组的第一端连接至二极管的第一端，其中二极管的第二端做为第一二极管元件的第一端与第二端二者之一，而可变电阻的第二端做为第一二极管元件的另一端。

在本发明的一实施例中，上述的第一二极管元件包括多个二极管与可变电阻。这些二极管互相串联而形成二极管串。可变电阻的第一端连接至二极管串的第一端，其中二极管串的第二端做为第一二极管元件的第一端与第二端二者之一，而可变电阻的第二端做为第一二极管元件的另一端。

在本发明的一实施例中，上述的第一二极管元件包括第一二极管、第二二极管、以及可变电阻。可变电阻的第一端连接至第一二极管的第一端，而可变电阻的第二端连接至第二二极管的第一端，其中第一二极管的第二端做为第一二极管元件的第一端与第二端二者之一，第二二极管的第二端做为第一二极管元件的另一端。

在本发明的一实施例中，上述的放大电路还包括第二二极管元件，此第二二极管元件的第一端连接于输出放大器的输出端，第二二极管元件的第二端连接于输出放大器的第二输入端。

在本发明的一实施例中，上述的放大电路为一个运算放大器，输入放大器为运算放大器的输入级，而输出放大器为运算放大器的输出级。

在本发明的一实施例中，上述的输出放大器包括第一晶体管与第二晶体管。第一晶体管的第一端连接至第一电压，第一晶体管的第二端作为输出放大器的输出端，第一晶体管的控制端作为输出放大器的第一输入端。而第二晶体管的第一端连接至第二电压，第二晶体管的第二端连接于第一晶体管的第二端，第二晶体管的控制端作为输出放大器的第二输入端。

基于上述，本发明实施例的放大电路利用二极管元件侦测输出放大器的输出端与输入端的电压差。当输出放大器的输出端与输入端的电压差大于二极管元件的位障电压时，此二极管元件会导通而使输出放大器的输出端电性连接至输出放大器的输入端。因此在暂态时，可迅速平缓输出信号的过冲现象。在稳态时，因输出放大器的输出端与输入端的电压差小于二极管元件的位障电压造成二极管元件截止，而藉以维持运算放大器的正常运作。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明第一实施例的一种具有过冲抑制功能的放大电路的结构示意图。

图2是本发明第二实施例的一种具有过冲抑制功能的放大电路的结构示意图。

图3是本发明第三实施例的一种具有过冲抑制功能的放大电路的结构示意图。

图4是本发明第四实施例的一种具有过冲抑制功能的放大电路的结构示意图。

图5A、图5B、图5C是图4的第一二极管元件405的其他实施方式的示意图。

图6A、图6B与图6C分别是图5A、图5B、图5C的第一二极管元件405的另外实施例的示意图。

图6D是图3的第一二极管元件305的另一个实施例的示意图。

图7A、图7B与图7C是图4的第二二极管元件406的另一个实施例的示意图。

图7D是图3的第二二极管元件306的另一个实施例的示意图。

主要元件符号说明：

101：输入放大器；         102：输出放大器；

105、205：第一二极管元件；305、405：第一二极管元件；

306、406：第二二极管元件；D1、D2：二极管；

D51：第一二极管；         D52：第二二极管；

DS1、DS2：二极管串；      R1、R2、R3：可变电阻；

Vbn：偏压电压；           Vbp：偏压电压；

Vin：输入电压；           Vn：电压；

Vp：电压；                Vout：输出电压；

Vdd：系统电压；    100、200、300、400：放大电路；

MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6、MN7：N型晶体管；

MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7：P型晶体管。

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明第一实施例的一种具有过冲抑制功能的放大电路的结构示意图。具有过冲抑制功能的放大电路100包括输入放大器101、输出放大器102、以及第一二极管元件105。本实施例所述的输入放大器101具有第一输入端、第二输入端与一个差分输出对(differential output pair)。输出放大器102具有第一输入端、第二输入端与输出端。输出放大器102的第一输入端与第二输入端分别连接于输入放大器101的差分输出对，而输出放大器102的输出端提供输出电压Vout。

第一二极管元件105的第一端连接于输出放大器102的输出端，而第一二极管元件105的第二端连接于输出放大器102的第一输入端。当输出放大器102的输出端与输出放大器102的第一输入端的电压差大于第一二极管元件105的位障电压时，第一二极管元件105为导通。

输入放大器101的第一输入端接收输入电压Vin。应用本实施例者可以视其设计需求而将输入放大器101的第二输入端直接或间接连接至输出放大器102的输出端，而形成一个反馈路径。在某些应用实例中，输入放大器101的第二输入端可以不连接至输出放大器102的输出端。在本实施例中，上述输入放大器101的第一输入端为反相输入端(inverting input terminal)，而输入放大器101的第二输入端则可以是非反相输入端(non-inverting inputterminal)。

在本实施例中，放大电路100可以是运算放大器(operational amplifier，简称为：OPA)，其中输入放大器101可以是运算放大器的输入级，而输出放大器102可以是运算放大器的输出级。输出放大器102包括第一晶体管以及第二晶体管。在此是以一个P型金氧半导体场效应晶体管(P-channel metaloxide semiconductor field-effect transistor，简称为：P型晶体管)MP1实现第一晶体管，而以一个N型金氧半导体场效晶体管(N-channel metal oxidesemiconductor field-effect transistor，简称为：N型晶体管)MN1实现第二晶体管。P型晶体管MP1的第一端(例如源极)连接于第一电压(例如系统电压Vdd)，而P型晶体管MP1的第二端(例如漏极)作为输出放大器102的输出端。P型晶体管MP1的控制端(例如栅极)作为输出放大器102的第一输入端。也就是说，P型晶体管MP1的栅极与输入放大器101的差分输出对的一端相连，以接收电压Vp。N型晶体管MN1的第一端(例如源极)连接于第二电压(例如接地电压)，而第二端(例如漏极)连接至P型晶体管MP1的漏极。N型晶体管MN1的控制端(例如栅极)为输出放大器102的第二输入端。也就是说，N型晶体管MN1的栅极与输入放大器101的差分输出对的另一端相连，以接收电压Vn。

在此假设第一二极管元件105的位障电压(barrier voltage)为Vt。在此实施例中，第一二极管元件105具有一个二极管D1，因此，位障电压Vt即为此二极管D1的顺向偏压。二极管D1的阳极连接至输出放大器102的输出端，而其阴极连接至输出放大器102的第一输入端。

本实施例虽以单个二极管D1来实现第一二极管元件105，然而第一二极管元件105的实现方式不应以此受限。在其他实施例中，第一二极管元件105也可由多个二极管串联而形成，其二极管串接的多少与位障电压大小可以依据设计需求与额定规格而决定。若放大电路100的输出端后方的负载较大，或期望第一二极管元件105较为缓慢的启动或截止，便可串接多个二极管；相反地，若放大电路100的输出端后方为较小的负载或是电容，为了早些完成其信号传递，便可串接少数的二极管，以加速信号处理。将此种第一二极管元件105整合于放大电路100中，便可防止过冲现象而不影响原本的放大电路运作。

以下举例说明放大电路100的运作方式与原理。在此假设系统电压Vdd为10伏特(V)，接地电压则为0V，而第一二极管元件105的位障电压Vt为1V。在理想状况，当输入放大器101的差分输出对的电压Vp为8.9V时，输出放大器102的输出端会对应地输出9.8V的输出电压Vout。

实际上，输出电压Vout在变换准位的暂态期间会发生过冲(overshoot)现象。过冲现象发生时，也为输入放大器101的差分输出电压Vp、Vn与输出放大器102的输出电压Vout在变换准位的暂态期间，此过冲现象暂时性地造成电压Vp过低以及输出电压Vout过高(甚至可能高于系统电压Vdd)。当输出放大器102的输出电压Vout与电压Vp的电压差大于第一二极管元件105的位障电压Vt时，此第一二极管元件105便会导通而使输出放大器102的输出端电性连接至输出放大器102的第一输入端，以便于将输出电压Vout的过冲电流导引至输出放大器102内P型晶体管MP1的栅极，即时地拉升P型晶体管MP1的栅极电压(即电压Vp)而抑制/改善过冲现象造成的影响。

而在变换准位的稳态期间，输入放大器101的差分输出端与输出放大器102的输出端已无过冲现象的产生。依上述假设，在稳态期间，输入放大器101的差分输出对的电压Vp稳定输出为8.9V，使得输出放大器102的输出端对应地输出9.8V的输出电压Vout。由于输出放大器102的输出电压Vout与电压Vp的电压差(即9.8V-8.9V＝0.9V)小于第一二极管元件105的位障电压Vt(1V)，使得第一二极管元件105截止。因此，第一二极管元件105在稳态期间不会影响放大电路100的正常运作。

图2是本发明第二实施例的一种具有过冲抑制功能的放大电路的结构示意图。在此提供本发明的另一实施例，请参照图2，放大电路200的实施方式可以参照放大电路100的说明，因此其中相同的内容不再赘述。在第二实施例中，具有过冲抑制功能的放大电路200与放大电路100的不同之处在于，放大电路200的输出放大器102中是以N型晶体管MN1实现第一晶体管，其N型晶体管MN1的源极连接于第一电压(如接地电压)，而以P型晶体管MP1实现第二晶体管，其P型晶体管MP1的源极连接于第二电压(如系统电压)。也就是说，第一二极管元件205的第一端连接于输出放大器102的输出端(即N型晶体管MN1的漏极)，而第一二极管元件205的第二端连接于输出放大器102的第一输入端(即N型晶体管MN1的栅极)。

请参照图2，第一二极管元件205在本实施例中具有一个二极管D2，二极管D2的阳极连接至输出放大器102的第一输入端，以接收电压Vn。二极管D2的阴极连接至输出放大器102的输出端。第一二极管元件205的位障电压Vt即为此二极管D2的顺向偏压。本实施例虽以单个二极管D2来实现第一二极管元件205，然而第一二极管元件205的实现方式不应以此受限。在其他实施例中，第一二极管元件205与放大电路100内的第一二极管元件105的实施方式相类似，也可由多个二极管串联而形成，二极管串接的多少与位障电压大小可以依据设计需求与额定规格而决定。

以下举例说明放大电路200的运作方式与原理，本实施例的参数假设与第一实施例同。理想状况时，当输入放大器101的差分输出对的电压Vn(即N型晶体管MN1的栅极电压)为1.1V时，输出放大器102的输出端会对应地输出0.2V的输出电压Vout。然而实际上，输出电压Vout在变换准位的暂态期间也会发生过冲现象。当过冲现象发生时，也为输入放大器101的差分输出电压Vp、Vn与输出放大器102的输出电压Vout在变换准位的暂态期间，过冲现象会暂时性地造成电压Vn过高以及输出电压Vout过低(甚至可能低于接地电压)，因而使得电压Vn与输出放大器102的输出电压Vout的电压差大于第一二极管元件205的位障电压Vt(例如1V)。当Vn-Vout＞Vt时，此第一二极管元件205会导通而使输出放大器102的第一输入端(即N型晶体管MN1的栅极)电性连接至输出放大器102的输出端，以将输出放大器102内N型晶体管MN1的栅极的过冲电流导引至输出放大器102的输出端，即时拉升相对应的输出电压Vout而抑制/改善过冲现象造成的影响。

而在变换准位的稳态期间，输入放大器101的差分输出端与输出放大器102的输出端已无过冲现象的产生，也即输入放大器101的差分输出对的电压Vn稳定输出为1.1V，因此输出放大器102的输出端的输出电压Vout便相对应地稳定输出0.2V。由于电压Vn与输出放大器102的输出电压Vout的电压差(即1.1V-0.2V＝0.9V)小于第一二极管元件205的位障电压Vt(1V)，使得第一二极管元件205便截止。因此，第一二极管元件205在稳态期间不会影响输入放大电路200的正常运作。

图3是本发明第三实施例的一种具有过冲抑制功能的放大电路的结构示意图。在此再提供一实施例，请参照图3，在第三实施例中，具有过冲抑制功能的放大电路300为放大电路100与放大电路200的整合。放大电路300的实施方式可以参照放大电路100与放大电路200的相关说明。放大电路300具有第一二极管元件305与第二二极管元件306。第一二极管元件305的第一端连接于输出放大器102的输出端，第一二极管元件305的第二端连接于输出放大器102的第一输入端。第二二极管元件306的第一端则连接于输出放大器102的输出端，第二二极管元件306的第二端连接于该输出放大器102的第二输入端。

本实施例的第一二极管元件305包括多个二极管，这些二极管相互串联而形成二极管串DS1。二极管串DS1具有位障电压Vt1。其中，二极管串DS1的阳极作为第一二极管元件305的第一端，连接至输出放大器102的输出端以接收电压Vout，二极管串DS1的阴极作为第一二极管元件305的第二端，连接至输出放大器102的第一输入端以接收电压Vp。第二二极管元件306也包括多个二极管，这些二极管相互串联而形成二极管串DS2。二极管串DS2具有位障电压Vt2。其中，二极管串DS2的阴极作为第二二极管元件306的第一端，连接至输出放大器102的输出端，而二极管串DS2的阳极作为第二二极管元件306的第二端，连接至输出放大器102的第二输入端。本实施例的二极管串DS1与DS2串接二极管的个数多少与位障电压大小可以依据设计需求与额定规格而决定，请参照前述实施例的相关说明。

在某些应用实例中，第一二极管元件305与第二二极管元件306分别可由单个二极管组成。若放大电路300的输出放大器102中是以P型晶体管MP1实现第一晶体管，而用N型晶体管MN1来实现第二晶体管，则第一二极管元件305内的二极管的阳极连接至输出放大器102的输出端(即P型晶体管MP1的漏极)，而二极管的阴极连接至输出放大器102的第一输入端(即P型晶体管MP1的栅极)。第二二极管元件306内的二极管的阳极连接至输出放大器102的第二输入端(即N型晶体管MN1的栅极)，而二极管的阴极连接至输出放大器102的输出端(即N型晶体管MN1的漏极)。在另一实施例中，放大电路300的输出放大器102中是以N型晶体管MN1实现第一晶体管，而以P型晶体管MP1实现第二晶体管。因此第一二极管元件305内的二极管的阳极连接至输出放大器102的第一输入端(即N型晶体管MN1的栅极)，而二极管的阴极连接至输出放大器102的输出端(即N型晶体管MN1的漏极)。第二二极管元件306内的二极管的阳极连接至输出放大器102的输出端(即P型晶体管MP1的漏极)，而二极管的阴极连接至输出放大器102的第二输入端(即P型晶体管MP1的栅极)。

放大电路300的运作原理与及方式请同时参照放大电路100与放大电路200的相关说明。根据本实施例所述，在变换准位的暂态期间，过冲现象发生时可能会导致暂时性地造成电压Vp过低以及输出电压Vout过高。当输出放大器102的输出电压Vout与电压Vp的电压差大于第一二极管元件305的位障电压Vt1时，第一二极管元件305便会导通，而将输出放大器102的输出端的过冲电流导引至输出放大器102内P型晶体管MP1的栅极，即时拉升晶体管MP1的栅极电压(即电压Vp)。相似地，过冲现象发生可能导致暂时性地造成电压Vn过高以及输出电压Vout过低。当电压Vn与输出放大器102的输出电压Vout的电压差大于第二二极管元件306的位障电压Vt2时，第二二极管元件306会导通，并将N型晶体管MN1的栅极的过冲电流导引至输出放大器102的输出端，即时拉升输出电压Vout，以抑制/改善过冲现象对电压Vp、Vn以及输出电压Vout造成的影响。而于变换准位的稳态期间，电压Vp、Vn以及输出电压Vout已无过冲现象的发生，第一二极管元件305与第二二极管元件306均处于截止状态。因此，第一二极管元件305与第二二极管元件306于稳态期间不会影响放大电路300的正常运作。

图4是本发明第四实施例的一种具有过冲抑制功能的放大电路的结构示意图。应用本实施例者也可在二极管元件中加入可变电阻来增加二极管元件的位障电压，如图4所示，放大电路400的实施方式可参照放大电路300的相关说明。放大电路400与放大电路300的不同之处在于第一二极管元件405与二二极管元件406各增加了一个可变电阻。第一二极管元件405具有二极管D1与可变电阻R1，可变电阻R1的第一端连接至二极管D1的第一端，二极管D2的第二端做为第一二极管元件405的第一端与第二端二者之一，而可变电阻R1的第二端做为第一二极管元件405的另一端。第二二极管元件406内二极管D2与可变电阻R2的连接方式与第一二极管元件405相同。

在本实施例中，第一二极管元件405内的可变电阻R1的第一端连接至二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接到输出放大器102的第一输入端，而可变电阻R1的第二端连接于输出放大器102的输出端。第二二极管元件406内的可变电阻R2的第一端连接至输出放大器102的输出端，可变电阻R2的第二端连接至二极管D2的阴极，二极管D2的阳极则连接到输出放大器102的第二输入端。

由于可变电阻无极性问题，应用本实施例者可视其设计需求将可变电阻与二极管的串接顺序作变更，且不会因此而改变本实施例的运作。在其他实施例中，第一二极管元件405内的可变电阻R1的第一端可先连接至输出放大器102的第一输入端以接收电压Vp  可变电阻R1的第二端与二极管D1的阴极电性连接，而二极管D1的阳极与输出放大器102的输出端相接。第二二极管元件406也像第二二极管元件405般可将二极管D2与可变电阻R2的串接顺序作变换。

可变电阻R1与R2的主要用途在于增加第一二极管元件405与第二二极管元件406的位障电压Vt1与Vt2，也可通过电阻值的增减来限制通过第一二极管元件405与第二二极管元件406的电流大小，以作为电流限制器之用。与其他实施例相比较，增加可变电阻的阻值与增加串接二极管的个数均可以增加二极管元件内的位障电压，但可变电阻在过冲现象发生时不会延长变换准位的暂态时间，可迅速对过冲现象作反应。增加串接二极管的个数会依据二极管串接个数而对应地延长/缩短变换准位的暂态时间，应用此实施例者可视其设计需求来作相对应的变更。

图5A、图5B、图5C是图4的第一二极管元件405的其他实施方式的示意图。本实施例的二极管元件的其他应用如图5A、图5B和图5C所示，以下以图5A、5B、5C的第一二极管元件405来置换图4的第一二极管元件405为例说明，第二二极管元件406也可以参照图5A、5B、5C来实施。

在本实施例中，图5A、5B、5C的第一二极管元件405包括第一二极管D51、第二二极管D52以及可变电阻R3。图5A与图5C的第一二极管D51与第二二极管D52相互串联而形成二极管串。可变电阻R3的第一端连接于二极管串的第一端，二极管串的第二端成为第一二极管元件405的第一端或第二端。而可变电阻R3的第二端成为第一二极管元件405的另一端，便可将图4的第一二极管元件405置换为图5A或图5C的第一二极管元件405。图5B的可变电阻R3的第一端连接至第一二极管D51的第一端，可变电阻R3的第二端连接至第二二极管D52的第一端。其中，第一二极管D51的第二端做为第一二极管元件405的第一端与第二端二者之一，第二二极管D52的第二端做为第一二极管元件405的另一端，便可将图4的第一二极管元件405置换为图5B的第一二极管元件405。本实施例的目的在于第一二极管D51、第二二极管D52与可变电阻R3的串接顺序可依设计需求而变更为图5A、5B、5C所示，应用此实施例并不以此为限。此实施例的其他应用中，第一二极管D51、第二二极管D52也可为一个或一个以上的二极管组成的二极管串。

前述实施例中的第一二极管元件405或第二二极管元件406也可由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)制作，利用MOSFET制作的二极管元件可整合于积体电路中，便可缩小电路面积、降低成本。图6A、图6B与图6C分别是图5A、图5B、图5C的第一二极管元件405的另外实施例的示意图。本实施例的主要目的为可利用P型金属氧化物半导体场效应晶体管(P-MOSFET)制作第一二极管元件405。在本实施例中，图5A、5B、5C内的第一二极管D51、第二二极管D52与可变电阻R3分别对应于图6A、6B、6C中的P型晶体管MP2、MP3、MP4。P型晶体管MP2与MP3将自己本身的漏极与栅极相接，并且把晶体管MP2、MP3的漏极与源极分别作为二极管的阴极与阳极，而形成图5的第一二极管D51与第二二极管D52。P型晶体管MP4的栅极则与偏压电压Vbp相接，P型晶体管MP4的源极与漏极作为可变电阻的两端，使得P型晶体管MP4成为可变电阻R3，并可用偏压电压Vbp来调整电阻大小，以增加第一二极管元件405的位障电压Vt1与作为电流限制器之用。

此外，图6D是图3的第一二极管元件305的另一个实施例的示意图。根据本实施例的其他应用，图6D的第一二极管元件305的P型晶体管MP5、MP6、MP7各自将本身晶体管的漏极与栅极相接，把各自晶体管的漏极作为二极管的阴极，各自晶体管的源极作为二极管的阳极而成为三个二极管。这些二极管互相串接而形成二极管串，其实施方式类似图3的第一二极管元件305，由三个二极管串接而成，请参照放大电路300的相关说明。

图7A、图7B与图7C是图4的第二二极管元件406的另一个实施例的示意图。第一二极管元件405也可以参照图7A、图7B或图7C来实施。本实施例的主要目的为可利用N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-MOSFET)制作第二二极管元件406。在本实施例中，图7A、7B、7C中的N型晶体管MN2、MN3被当作二极管使用，而N型晶体管MN4则被当作可变电阻使用。N型晶体管MN2、MN3将自己本身的漏极与栅极相接，并且把N型晶体管MN2、MN3的源极与漏极作为二极管的阴极与阳极。N型晶体管MN4的栅极则与偏压电压Vbn相接，N型晶体管MN4的源极与漏极作为可变电阻的两端，并可利用偏压电压Vbn来调整电阻大小。

此外，图7D是图3的第二二极管元件306的另一个实施例的示意图。与图6D相似，图7D的第二二极管元件306的N型晶体管MN5、MN6、MN7各自将本身晶体管的漏极与栅极相接，把各自晶体管的漏极与源极作为二极管的阴极与阳极，以形成三个二极管。这些二极管互相串接而形成二极管串，其实施方式类似图3的第二二极管元件306，请参照放大电路300的相关说明。

综上所述，本发明实施例的放大电路利用二极管元件侦测输出放大器的输出端与输入端的电压差。当输出放大器的输出端与输入端的电压差大于二极管元件的位障电压时，此二极管元件会导通而使输出放大器的输出端电性连接至输出放大器的输入端。在暂态时，输出电压Vout在变换准位的暂态期间会发生过冲现象，利用二极管元件将输出电压Vout的过冲电流导引至输入放大器的差分输出端，即时地对应拉升输入放大器的差分输出端，而抑制/改善过冲现象造成的影响。

在稳态时，因输出放大器的输出端与输入端的电压差小于二极管元件的位障电压造成二极管元件截止，而藉以维持放大电路的正常运作。二极管元件中可包括可变电阻，用以加大二极管元件的位障电压。此外，将增加可变电阻与增加二极管串接个数的方法作比较，虽然都可以加大二极管元件的位障电压，但是增加可变电阻不会延长变换准位的暂态时间。可变电阻尚可利用电阻值的增减来限制二极管元件通过的电流大小，作为电流限制器之用。也可将此放大电路整合于集成电路内，便可缩小电路面积与降低成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (22)

1.一种放大电路，其特征在于，包括：

一输入放大器，具有一第一输入端、一第二输入端与一差分输出对；

一输出放大器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，所述输出放大器的第一输入端与第二输入端连接于所述输入放大器的差分输出对；以及

一第一二极管元件，所述第一二极管元件的第一端连接于所述输出放大器的输出端，所述第一二极管元件的第二端连接于所述输出放大器的第一输入端，用以当所述输出放大器的输出端与所述输出放大器的第一输入端的电压差大于所述第一二极管元件的位障电压时，导通所述第一二极管元件，

其中所述输出放大器包括：

一第一晶体管，所述第一晶体管的第一端连接于一第一电压，所述第一晶体管的第二端作为所述输出放大器的输出端，所述第一晶体管的控制端作为所述输出放大器的第一输入端；以及

一第二晶体管，所述第二晶体管的第一端连接于一第二电压，所述第二晶体管的第二端连接于所述第一晶体管的第二端，所述第二晶体管的控制端作为所述输出放大器的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一二极管元件包括一二极管，其中所述二极管的阳极连接至所述输出放大器的输出端，而所述二极管的阴极连接至所述输出放大器的第一输入端。

3.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一二极管元件包括一二极管，其中所述二极管的阳极连接至所述输出放大器的第一输入端，而所述二极管的阴极连接至所述输出放大器的输出端。

4.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一二极管元件包括多个二极管，所述多个二极管相互串联而形成一二极管串，其中所述二极管串的阳极连接至所述输出放大器的第一输入端，而所述二极管串的阴极连接至所述输出放大器的输出端。

5.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一二极管元件包括多个二极管，所述多个二极管相互串联而形成一二极管串，其中所述二极管串的阳极连接至所述输出放大器的输出端，而所述二极管串的阴极连接至所述输出放大器的第一输入端。

6.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一二极管元件包括：

一二极管；以及

一可变电阻，所述可变电阻的第一端连接至所述二极管的第一端，其中所述二极管的第二端做为所述第一二极管元件的第一端与第二端二者其中之一，而所述可变电阻的第二端做为所述第一二极管元件的第一端与第二端二者其中的另一个。

7.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一二极管元件包括：

多个二极管，所述多个二极管互相串联而形成一二极管串；以及

一可变电阻，所述可变电阻的第一端连接至所述二极管串的第一端，其中所述二极管串的第二端做为所述第一二极管元件的第一端与第二端二者其中之一，而所述可变电阻的第二端做为所述第一二极管元件的第一端与第二端二者其中的另一个。

8.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一二极管元件包括：

一第一二极管；

一第二二极管；以及

一可变电阻，所述可变电阻的第一端连接至所述第一二极管的第一端，而所述可变电阻的第二端连接至所述第二二极管的第一端，其中所述第一二极管的第二端做为所述第一二极管元件的第一端与第二端二者其中之一，所述第二二极管的第二端做为所述第一二极管元件的第一端与第二端二者其中的另一个。

9.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，还包括一第二二极管元件，所述第二二极管元件的第一端连接于所述输出放大器的输出端，所述第二二极管元件的第二端连接于所述输出放大器的第二输入端。

10.根据权利要求9所述的放大电路，其特征在于，其中所述第二二极管元件包括一二极管，其中所述二极管的阳极连接至所述输出放大器的输出端，而所述二极管的阴极连接至所述输出放大器的第二输入端。

11.根据权利要求9所述的放大电路，其特征在于，其中所述第二二极管元件包括一二极管，其中所述二极管的阳极连接至所述输出放大器的第二输入端，而所述二极管的阴极连接至所述输出放大器的输出端。

12.根据权利要求9所述的放大电路，其特征在于，其中所述第二二极管元件包括多个二极管，所述多个二极管相互串联而形成一二极管串，其中所述二极管串的阳极连接至所述输出放大器的第二输入端，而所述二极管串的阴极连接至所述输出放大器的输出端。

13.根据权利要求9所述的放大电路，其特征在于，其中所述第二二极管元件包括：

一二极管；以及

一可变电阻，所述可变电阻的第一端连接至所述二极管的第一端，其中所述二极管的第二端做为所述第二二极管元件的第一端与第二端二者其中之一，而所述可变电阻的第二端做为所述第二二极管元件的第一端与第二端二者其中的另一个。

14.根据权利要求9所述的放大电路，其特征在于，其中所述第二二极管元件包括：

多个二极管，所述多个二极管互相串联而形成一二极管串；以及

一可变电阻，所述可变电阻的第一端连接至所述二极管串的第一端，其中所述二极管串的第二端做为所述第二二极管元件的第一端与第二端二者其中之一，而所述可变电阻的第二端做为所述第二二极管元件的第一端与第二端二者其中的另一个。

15.根据权利要求9所述的放大电路，其特征在于，其中所述第二二极管元件包括：

一第一二极管；

一第二二极管；以及

一可变电阻，所述可变电阻的第一端连接至所述第一二极管的第一端，而所述可变电阻的第二端连接至所述第二二极管的第一端，其中所述第一二极管的第二端做为所述第二二极管元件的第一端与第二端二者其中之一，所述第二二极管的第二端做为所述第二二极管元件的第一端与第二端二者其中的另一个。

16.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述放大电路为一运算放大器，所述输入放大器为所述运算放大器的输入级，而所述输出放大器为所述运算放大器的输出级。

17.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一晶体管为P型晶体管，而所述第二晶体管为N型晶体管。

18.根据权利要求17所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一电压为系统电压，而所述第二电压为接地电压。

19.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一晶体管为N型晶体管，而所述第二晶体管为P型晶体管。

20.根据权利要求19所述的放大电路，其特征在于，其中所述第一电压为接地电压，而所述第二电压为系统电压。

21.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述输出放大器的输出端连接至所述输入放大器的第二输入端。

22.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中所述输入放大器的第一输入端为反相输入端，而所述输入放大器的第二输入端为非反相输入端。

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