CN103618506A

CN103618506A - 一种从多元化电源中运行的共发射极放大器

Info

Publication number: CN103618506A
Application number: CN201310613603.4A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-03-05

Abstract

一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，提供了从多元化电源电压中运行的共发射极放大器的一种技术。在一个实施例中，电流镜包括多元化二极管连接的晶体管连接在源电流和与其相关的电源电压之间。每一个对应的电流反射镜连接在一个输出端相关联的供电电压导线之间，从而提供一个来自电流源的输出电流镜，即使其中的电源电压被激活，无论其特定电平如何。

Description

一种从多元化电源中运行的共发射极放大器

技术领域：

经常希望提供一种能够从多个电源中运行的电子电路。例如，便携式计算机可以包括电源和电池充电电路，它允许便携式计算机无论从内部电池还是从商业的交流源都可以合适的运用电源来运行。

背景技术：

本发明涉及电子电路，更具体地说，共发射极和共源极放大器能够从多元化电源中运行。

图1是能够提供一种如便携式个人计算机设备的现有技术电路100的示意图。电路100包括功率选择电路101,其从整流过的交流电源或电池103的直流电压中接收的直流电压施加到端子105。当直流电源施加到端子105时，图中所示的充电电路104给电池103充电。电源选择电路101包括连接在有线逻辑或配置上的二极管106和107，以便施加来自端子105的直流电源或来自电池103的直流电源，无论哪个端子都连接到高电压、PNP晶体管112的发射极108。基极电流从PNP晶体管112通过适当的电路（图中未示出）流向地，这将导致晶体管112作为一个电压调节器，通过晶体管112的集电极109在端子110上提供所需的电压电平。

提供一种电源电路，其提供所需的基于接收的输入电压的输出电压为5.0伏，其只是比5.0伏略大。电路102至少需要5.1伏施加到发射极108从而在连接到它的集电极109的端子110上提供5.0伏。当电源选择电路101运行得令人满意，二极管106和107产生约0.7伏的电压降，因此需要从电池103获得电压从而保持高于5.8伏，以便允许电路102在输出端110上提供5.0伏的电压。假设PNP晶体管112的一个高β，图1的稳压器的功耗等于P_DISS＝(V_in-V_out)I_out；

P_DISS＝稳压器101的功耗；

V_in＝稳压器101的输入电压；

V_out＝端子110上稳压器101的输出电压；

I_out＝稳压器101的输出电流。

因此，对于一个恒定的I_out和5.0伏的输出电压，忽略晶体管112的基极电流的前提下，与5.1伏的输入电压相比较，稳压器的功耗是5.8伏的输入电压的700％。对于5.1伏的最小输入电压，一个3号铅酸电池或5号镍镉电池是必需的。对于5.8伏的最小输入电压，4号铅酸电池或6号镍镉电池是必需的。因此，一个电路需要5.8伏与5.1伏相对立，当使用镍镉电池时，图1的电路所相关的额外成本和重量罚款是33％，当使用铅酸电池时，其是20％。

图2是现有技术的稳压器的原理图，其从一个单一电源电压V+运行。稳压器300，包括差分输入放大器301具有一个连接到一个参考电压V_ref的反相输入端导线302。正电压施加到导线304，其连接到PNP晶体管306的发射极307。晶体管306基极308连接到差分放大器的输出导线且晶体管306的集电极312连接到输出端子310，并提供输出电压V_out。形成一个电阻分压器的电阻器309和311连接在输出端310和接地之间，电阻分压器的分接头连接到差分放大器301的同相输入端导线305。

在操作中，通过调整电阻器309和311的比例将稳压器300设置为所需的输出电压V_out。作为晶体管305所需的基极驱动发生变化，例如由于温度的变化，输入电压或外部电路吸收的电流，差分放大器301的输出电压和电流发生变化，其用来在所需的电平上保持V_out的幅度。由于差分放大器301具有高增益，差分输入导线302和305之间的电压差非常低。施加到差分放大器1的同相输入导线305端的偏置电流也非常低。因此，差分放大器301强加在差分输入导线305上的电压等于施加到差分输入导线302上的V_ref。因此，为了提供所需的输出电压，将V_ref设置为

V_{ref} = \frac{V_{out}}{(1 + \frac{R_{309}}{R_{311}})};

R₃₀₉=电阻器309的电阻；R₃₁₁=电阻器311的电阻。

图3是现有技术的一个运算放大器的原理图，其从单一电源电压V+中运行。运算放大器400接收导线407上的一个正电源电压和导线408上的一个负电源电压。差分输入跨导放大器401接收一个差分输入信号。跨导放大器401的输出电流施加到放大器402的输入导线，其输出信号施加到驱动器电路403。驱动器电路403依次给输出晶体管404和405的基极提供一个控制信号，其连接在共发射极配置上且其集电极共同连接在输出端406。

图4是一个典型的现有技术的电流镜电路506的原理图，从一个单一电源电压V+中运行。电流镜电路506包括第一PNP晶体管502，它的发射极连接到正电压导线501且其集电极和基极共同连接到电流源504。电流镜像晶体管503的发射极连接到晶体管502的发射极，其基极连接到晶体管502的基极且其集电极连接到输出端子505。由于晶体管503的发射极-基极电压等于晶体管502的发射极-基极电压，晶体管503的集电极为输出端子505提供电流I_out，其和电流源504乘以晶体管502和503发射极的面积比而提供的电流I相等。例如，当晶体管502和503相匹配时，I_out=I。

仍需要提供能够从多元化电源电压中运行的电路，由于他们在多元化电源电压中运行的能力，所以其简单、价格低廉且本身不消耗大量的功率。

发明内容：

在根据本发明的说明中，一种新的技术应用于从多元化电源电压中运行共发射极电路。在本发明的一个实施例中，示出了一个电压选择电路，它包括多个基极共连的晶体管，它们的集电极共连，且各具有的一个发射极连接到一个相关联的多元化电源电压。晶体管从最高电压的电源电压中吸收电流。

本发明的技术解决方案：

根据本发明的一个实施例，教导了一种新型的电流镜，包括多个连接在电流源与相关多元化电源电压之间的一个二极管连接的晶体管。相应数量的电流装置连接在输出端子和相关的多元化电源电压的导线之间，从而输出端从电流源中提供一个镜像电流，无论一元还是多元化电源电压在任何给定时间里激活，也不管它们的特定电平。

在本发明的另一个实施例中，所教导的稳压器电路包括一个输出晶体管，它具有多个第一电流处理端，每个连接到相关的多元化电源电压，且第二电流处理段耦合到输出端。在输出晶体管的输出端和控制端之间提供控制，从而确保所需电平有一个稳定的输出信号，无论在给定时间内激活的是一元还是多元化电源电压，且忽略多元化电源电压特定的电平。

在根据本发明的说明，控制装置包括一个差分输入放大器或类似物。如果需要，该控制装置可以从利用二极管逻辑或连接的多元化电源导线驱动自身的电源电压，从而保证有一个合适的电源电压提供给控制装置而与各种电源电压的电平无关。

在本发明的另一个实施例中，运算放大器电路包括一个上拉和一个下拉输出晶体管，其每一个集电极连接到输出端且每一个多元化发射极分别连接到一个多元化正电源电压和负电源电压。

对比专利文献：CN203166841U用于音频功率放大器的电源处理电路201320138932.3

附图说明：

图1是一个典型的现有技术的电压选择电路的示意图；

图2是一个典型的现有技术的稳压器电路的示意图；

图3是一个现有技术的运算放大器电路的示意图；

图4是一个典型的现有技术的电流镜电路的示意图；

图5是根据本发明的说明利用两个电源构成的一个电压选择电路的一个实施例的示意图，该电源通过连接到相关联的导通晶体管的发射极来进行选择；

图6是根据本发明的说明构成的电流镜的一个实施例的示意图；

图7是根据本发明的说明构成的稳压器电路的一个实施例的示意图；

图8是根据本发明的说明构成的运算放大器的一个实施例的示意图。

具体实施方式：

图5是根据本发明的说明类似于图1构成的电源选择电路600的原理图，但构造不需要线性逻辑或连接的二极管106和107（图1）。如该图5所示，共发射极稳压器电路602的导通晶体管612和613包括两个发射极608-1和608-2。发射极608-1连接到直流电源端子605。发射极608-2连接到电池603。当一个发射极上的电压高于5.1伏时，发射极将正向偏置且端子610将提供一个稳定的5.0伏的电压。如果电池连接且直流电源断开，则端子606将在一个低电压且晶体管613将截止，达到高电阻状态使晶体管612正常运行。在这个电路中，图1中现有技术的两个二极管106、107和晶体管112由两个晶体管612和613取代。在图1现有技术的电路的情况下，电流由发射极608-1和608-2两个高一点的电压绘制。如果两个电压是相等的电压，电流由两个发射极608-1和608-2的发射极面积比例绘制。由于二极管，在一个集成电路中，作为一个晶体管，其基极连接到它的集电极并具有与导通晶体管相等的面积，图1中所需的集成电路的表面积是等于所需提供三个单位体积的功率晶体管的表面积。图5中电路的集成电路的表面积等于所需的两个单位体积的功率晶体管。因此，利用图5的电路，同时降低电压降、功率消耗和集成电路表面积。在一个单片的制造工艺中，并联导通晶体管612和613是制作共享集电极和基极区域，从而在所需集成电路的表面积上实现了很大程度的减少。

图6是根据本发明的说明构造的一个电流镜电路700的实施例的原理图，其能够从任何一元或多元化电压源中运行。电流镜电路700包括多个电源导线701-1至701-N，分别用于接收多元化电源电压V₁₊至V_N+。电路700包括多个PNP晶体管702-1至702-N，其基极共同连接且集电极也共同连接，并依次连接到电流源704。晶体管702-1至702-N的发射极分别连接到电源线701-1至701-N。以这种方式，对于一个给定的电流I由电流源704绘制，且一组给定的电源电压V₁₊至V_N+，晶体管702-1至702-N中的每个与其相关联的都有一个相应的发射极-基极电压。电流镜电路700还包括镜像晶体管703-1至703-N的基极共同连接到晶体管702-1至702-N的基极，且其集电极共同连接到输出端子705。晶体管703-1至703-N的发射极分别连接到电源导线701-1至701-N。因此，晶体管703-J的发射极-基极电压，其中，1≤J>N，等于晶体管702-J的发射极-基极电压。电压V₁₊至V_N+的幅度分别确定了晶体管702-1至702-N的发射极-基极电压，也因此分别确定了晶体管703-1至703-N的发射极-基极电压。这些发射极-基极电压和发射极面积确定电流I如何在晶体管702-1至702-N之间分离以及电流I_out是如何在晶体管703-1至703-N之间分离的。因此，输出端705将提供一个等于由电流源704提供的电流I的电流I_out，而不管特定的电压V₁₊至V_N+。如那些在本技术领域的普通技术人员在本发明的教导下，很容易理解各种各样的电流比率且变性的技术能够结合图6的实施使用。

图7是根据本发明的说明构成的一个稳压器电路800的一个实施例的示意图，其能够从多元化电压源电压V₁₊至V_N+中运行。输出晶体管806的发射极807-1到807-N分别连接到电源电压线804-1至804-N，分别用于接收电源电压V₁₊至V_N+。差分放大器801通过电压源804-1至804-N分别接收正电源电压。以这种方式，只要电源电压V₁₊至V_N+中的至少有一个大于差分放大器801的电源电压需求且最少约为0.7伏，差分输入放大器801将接收足够的电源电压。此外，只要电源电压V₁₊至V_N+中至少有一个是足够的高从而提供流过晶体管806的电流，输出电压V_out通过电阻器809和811的电阻分压器网络的反馈路径保持在所需电平，差分输入放大器801的同相输入端引线805。

图8是类似于图3的现有技术的运算放大器900的原理图，但是这是根据本发明的说明构造，从而从多元化正电源电压V₁₊至V_N+和负电源电压V₁₊至V_M+中运行。正电源导线907-1至907-N分别通过二极管920-1至920-N连接到V₊电源总线907。同样地，负电源导线908-1至908-M通过二极管930-1至930-M连接到V_-电源总线908。电源总线907和908为差分放大器901、放大器902和驱动器903提供正和负电源电压，只要电源电压V₁₊至V_N+和负电源电压V₁₊至V_M+中至少有一个是所需的数值。输出晶体管904包括多个发射极914-1至914-N分别连接到正电源线907-1至907-N。同样地，输出晶体管905包括多个发射极915-1至915-M分别连接到负电源线908-1至908-M。如果正电源电压V₁₊至V_N+中至少有一个足够引起电流通过晶体管905，且负电源电压V₁₊至V_M+中至少有一个足够引起电流通过晶体管905，输出晶体管904和905将正常运行从而正确的响应所提供的驱动器903，在输出端925上提供所需的输出电压。输出端925上输出电压通过将反馈信号施加到差分输入放大器901来维持所需的电平。

在本说明书中引用的所有出版物和专利申请通过引用结合在本文中正如每个单独的出版物或专利申请具体且单独地通过引用结合。

尽管上述发明在某些细节上已通过说明和实施例的方式以理解为目的描述清楚，显而易见，那些在本技术领域的普通技术人员在本发明的教导下，在不脱离所附的权利要求的精神或范围的情况下，可以对其进行准确的改变和修改。例如，虽然本说明书的实施例描述了使用双极型晶体管，那些在本发明领域的普通技术人员也很容易理解其他类型的晶体管，如FETs等也适用于本发明。

Claims

1.一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，其特征是：一个电流镜包括一个用于接收第一电源电压的第一电源电压导线；一个用于接收不同于所述第一电源电压的第二电源电压的第二电源电压导线；一个电流源；一个输出导线；在所述第一电源电压导线和电流源之间连接作为负载装置的第一晶体管；在所述第二电源电压导线和所述电流源之间连接作为负载装置的第二晶体管；在所述第一电源电压导线和所述输出导线之间耦合的第一镜像晶体管，从而使输出端镜像引导电流通过第一晶体管；在所述第二电源电压导线和所述输出导线之间耦合的第二镜像晶体管，从而使输出端镜像引导电流通过第二晶体管。

2.根据权利要求1所述的一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，其特征是：电流镜包括：多元化电源电压导线，每一个接收一个相关联的电源电压；一个电流源；一个输出导线；多元化晶体管，在相关联的电源电压导线和所述电流源之间每一个连接作为负载装置；多元化镜像晶体管，在所述电源电压导线和所述输出导线之间耦合的每一个镜像晶体管使输出端镜像引导电流通过对应的晶体管。

3.根据权利要求1所述的一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，其特征是：一个稳压器电路包括：多元化电源电压导线，其用于接收相关联的每一个电源电压；用于提供一个稳定输出的输出端；在所述多元化电源电压导线和输出端耦合的输出装置；耦合到所述输出端的感测装置；以及耦合到所述感测装置并用于给所述输出装置提供一个控制信号的控制装置，从而在所述输出端上提供一个稳定的输出，其中，所述输出装置所包含的一个晶体管电路包括：多元化第一电流处理端，每一个耦合到相关的电源电压导线；耦合到所述输出端的第二电流处理端；用于接收所述控制信号的一个控制端。

4.根据权利要求1所述的一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，其特征是：一个稳压器电路包括：多元化电源电压导线，每一个用来接收相关联的电源电压；一个用于提供一个稳定输出的输出端；在所述电源电压导线和所述输出端之间耦合的输出装置；耦合到所述输出端的感测装置；以及耦合到所述感测装置并用于给所述输出装置提供一个控制信号的控制装置，从而在所述输出端上提供一个稳定的输出，其中，所述控制装置包括：一个差分输入放大器，其具有的第一输入导线用于接收一个设定好所需输出电平的参考信号，耦合到所述感测装置的第二输入导线，用于提供所述控制信号的输出导线，以及一个电源导线；多元化二极管，每个都耦合在相关的电源电压导线和所述差分放大器的电源导线之间。

5.根据权利要求1所述的一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，其特征是：一个运算放大器电路包括：多元化第一电源电压导线，每一个都接收对应的第一电源电压；多元化第二电源电压导线，每一个都接收对应的第二电源电压；一个输出端；在所述多元化第一电源电压导线和所述输出端之间耦合的第一输出装置；在所述多元化第二电源电压导线和所述输出端之间耦合的第二输出装置。

6.根据权利要求1所述的一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，其特征是：一个运算放大器电路，其中，所述第一输出装置包括一个晶体管电路，其包括：第一电流处理端，每个耦合到相关的第一电源电压导线，耦合到所述输出端的第二电流处理端；一个用于接收至少一个控制信号的控制端；所述第二输出装置包括一个晶体管电路，其包括：多元化第一电流处理端，其每一个耦合到相关的第二电源电压导线；耦合到所述输出端的第二电流处理端；用于接收至少一个控制信号的控制端。

7.根据权利要求6所述的一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，其特征是：一个运算放大器电路其中还包括控制装置，它包括：一个差分输入放大器，其具有的第一输入端用于接收一个定义所需输出电平的参考信号，耦合到检测输出电平装置的第二输入导线，用于至少提供一个控制信号的输出导线，第一电源导线和第二电源导线；第一多元化二极管，其每个耦合在相关第一电源电压导线和所述差分放大器的第一电源导线之间，且第二多元化二极管，其每个耦合在相关第二电源电压导线和所述差分放大器的第二电源导线之间。

8.根据权利要求6所述的一种从多元化电源中运行的共发射极放大器，其特征是：电源电路包括：多元化电源电压导线，其用于接收电源电压；一个输出导线；多元化导通晶体管，其每一个所具有的第一载流导线耦合到相关的所述电源电压导线，第二电流处理导线耦合到所述输出导线且每一个控制导线共同连接；其中所述输出端提供一个稳定的输出电压，其至少由一个多元化电源电压提供。