CN106253858A - 一种差分放大器 - Google Patents

Abstract

本申请提供的差分放大器，通过伺服电路调节发热体的发热量，并通过发热体的输出电流调节流经第一晶体管和第二晶体管的电流，进而调节第一晶体管和第二晶体管的发热量；使得第一晶体管和第二晶体管组成的差分对管可以工作在伺服电路通过发热体给定的温度下；并且使得第一晶体管和第二晶体管可以为在上述给定的温度下进行参数测试后进行配对的差分对管；避免了现有技术中环境温度对于差分对管的匹配度影响。并且，当差分放大器用于处理交流信号时，可以通过设定，使得由信号动态导致的温度变化远小于伺服电路通过发热体为差分对管提供的温度，降低了热致失真的影响。

Description

一种差分放大器

技术领域

本发明涉及差分对管技术领域，尤其涉及一种差分放大器。

背景技术

由差分对管组成的差分放大器是一种基本的信号放大器，在各类模拟信号处理电路中都有非常广泛的应用。

对于如图1所示的基本的差分对放大器而言，其差分对管Q1和Q2的参数完全一致是最理想的状况。但实际中由于差分对管的放大倍数和开启电压以及其它特性会存在个体差异，即便是同型号同批次的晶体管，参数也不可能完全相等。而这些特性的不匹配度越大，晶体管差分对的性能就与理想值、设计值相差越远，从而降低差分放大器的性能。目前为了控制差分对管的匹配度，实际应用中通常会在装机前(通常是常温下)通过实验测出晶体管的参数，找出最相似的进行配对。

这种做法能够一定程度上控制差分对的匹配度，由于配对时的温度与真正工作时的温度(工作时差分对管本身会出现发热，且工作时的环境温度也会变化)不完全一致，所以依然易受到外界温度影响，进而劣化差分对的性能。同时，当用于处理交流信号时，由于放大交流信号导致流过两只晶体管的电流不均等，会导致两只晶体管的发热量出现不均等，进而出现温度差。温度差越大，带来的特性失配也越大，出现一个动态失调，这就导致输出中产生一个与输入信号不完全相关的寄生信号，产生热致失真。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种差分放大器，以解决现有技术中易受外界温度影响和处理交流信号时容易产生热致失真的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种差分放大器，包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻、伺服电路和发热体；其中：

所述伺服电路连接于第一电源与所述发热体之间，用于调节所述发热体的输出电流，进而调节所述发热体的发热量；

所述发热体的输出端与所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第一端相连；所述发热体用于根据所述输出电流调节流经所述第一晶体管和所述第二晶体管的电流，进而调节所述第一晶体管和所述第二晶体管的发热量；

所述第一晶体管的第二端为所述差分放大器的一个输出端、通过所述第一电阻与第二电源相连；

所述第二晶体管的第二端为所述差分放大器的另一个输出端、通过所述第二电阻与所述第二电源相连；

所述第一晶体管的控制端为所述差分放大器的一个输入端；

所述第二晶体管的控制端为所述差分放大器的另一个输入端。

优选的，还包括：导热板；所述第一晶体管、所述第二晶体管及所述发热体均设置于所述导热板上；且所述第一晶体管和所述第二晶体管设置于所述导热板同一位置的两面上。

优选的，所述伺服电路还用于检测并根据所述导热板的温度，调节所述发热体的发热量，使所述导热板的温度为预设值。

优选的，所述发热体为第三晶体管或者电阻。

优选的，所述发热体为第三晶体管，所述伺服电路包括：恒温调节电路、第三电阻和第四电阻；

所述恒温调节电路的输入端与所述第三电阻的一端及所述第一电源相连；

所述恒温调节电路的输出端与所述第三晶体管的控制端和所述第四电阻的一端相连；

所述第三电阻的另一端与所述第三晶体管的第一端相连；

所述第四电阻另一端与所述第三晶体管的第二端相连。

优选的，所述恒温调节电路为二极管组；所述二极管组的阳极为所述恒温调节电路的输入端；所述二极管组的阴极为所述恒温调节电路的输出端；所述二极管组包括n个串联的二极管，n为正整数。

优选的，所述恒温调节电路为负温度系数电阻。

优选的，所述导热板为铜板、铝板或者热管。

优选的，所述第一晶体管和所述第二晶体管为双结型晶体管BJT、结型场效应管JFET或者绝缘栅场效应管MOSFET。

本申请提供的所述差分放大器，通过伺服电路调节发热体的发热量，并通过所述发热体的输出电流调节流经第一晶体管和第二晶体管的电流，进而调节所述第一晶体管和所述第二晶体管的发热量；使得所述第一晶体管和所述第二晶体管组成的差分对管可以工作在所述伺服电路通过所述发热体给定的温度下；并且使得所述第一晶体管和所述第二晶体管可以为在上述给定的温度下进行参数测试后进行配对的差分对管；避免了现有技术中环境温度对于差分对管的匹配度影响。并且，当所述差分放大器用于处理交流信号时，可以通过设定，使得由信号动态导致的温度变化远小于所述伺服电路通过所述发热体为差分对管提供的温度，降低了热致失真的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种差分放大器的电路图；

图2为本申请一实施例提供的一种差分放大器的电路结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的另一差分放大器的结构示意图；

图4为本申请另一实施例提供的另一差分放大器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种差分放大器，以解决现有技术中易受外界温度影响和处理交流信号时容易产生热致失真的问题。

具体的，所述差分放大器，如图2所示，包括：第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、伺服电路101和发热体102；其中：

伺服电路101连接于第一电源VCC与发热体102之间；

发热体102的输出端与第一晶体管Q1的第一端和第二晶体管Q2的第一端相连；

第一晶体管Q1的第二端为所述差分放大器的一个输出端、通过第一电阻R1与第二电源VEE相连；

第二晶体管Q2的第二端为所述差分放大器的另一个输出端、通过第二电阻R2与所述第二电源相连；

第一晶体管Q1的控制端为所述差分放大器的一个输入端；

第二晶体管Q2的控制端为所述差分放大器的另一个输入端。

具体的工作原理为：

伺服电路101用于调节发热体102输出电流，进而调节发热体102的发热量，发热体102通过所述输出电流调节流经第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的静态偏置电流，进而调节第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的发热量，控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的温度；为第一晶体管Q1和第二晶体管Q2确定了工作温度，降低了环境温度对第一晶体管Q1和第二晶体管Q2组成的差分对管的影响，使其匹配度基本不会再随工作时的环境温度而变化；同时，在选取匹配度高的差分对管时，可在与工作温度相同的环境温度下进行测试和配对，进一步提高了差分对管的匹配度。

并且，当所述差分放大器用于处理交流信号时，可以通过设定，使得由信号动态导致的温度变化远小于伺服电路101通过发热体102为差分对管提供的温度，降低了热致失真的影响。

本实施例提供的所述差分放大器，通过上述工作原理使得第一晶体管Q1和第二晶体管Q2可以为在上述给定的温度下进行参数测试后进行配对的差分对管；避免了现有技术中环境温度对于差分对管的匹配度影响。并且，当所述差分放大器用于处理交流信号时，可以通过设定降低热致失真的影响。

另外，由于工作在线性区的半导体器件，温度越高，其线性度越好，失真越小。因此，本实施例提供的所述差分放大器，通过增加的伺服电路101和发热体102，使得第一晶体管Q1和第二晶体管Q2组成的工作温度变得更高，在外围其它参数不变的情况下，使所述差分放大电路能够获得更优秀的线性度。

本发明另一具体的实施例中，在图2的基础之上，如图3所示，所述差分放大器还包括：导热板103；第一晶体管Q1、第二晶体管Q2及发热体102均设置于导热板103上；且第一晶体管Q1和第二晶体管Q2设置于导热板103同一位置的两面上。

如图3所示，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2背靠背锁在导热板103的同一个位置，可以确保两者获得最好的温度一致性。

在具体的实际应用中，导热板103可以为铜板、铝板或者热管，也可以为其他导热性能良好的物体，此处不做具体限定，能够为第一晶体管Q1、第二晶体管Q2及发热体102提供均热功能的物体均在本申请的保护范围内。

具体的，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2为BJT(Bipolar Junction Transistor，双结型晶体管)、JFET(Junction Field-effect Transistor，结型场效应管)或者MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,绝缘栅场效应管)等。此处也不做具体限定，可以视其具体的应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

具体的，发热体102可以为第三晶体管或者电阻，也可以为其他能够发热的物体，此处也不做具体限定，可以视其具体的应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一具体的实施例中，在上述实施例的基础之上，如图4所示，所述发热体为第三晶体管Q3，所述伺服电路包括：恒温调节电路、第三电阻R3和第四电阻R4；

所述恒温调节电路的输入端与第三电阻R3的一端及第一电源VCC相连；

所述恒温调节电路的输出端与第三晶体管Q3的控制端和第四电阻R4的一端相连；

第三电阻R3的另一端与第三晶体管Q3的第一端相连；

第四电阻R4另一端与第三晶体管Q3的第二端相连。

优选的，如图4所示，所述恒温调节电路为二极管组；所述二极管组的阳极为所述恒温调节电路的输入端；所述二极管组的阴极为所述恒温调节电路的输出端；所述二极管组包括n个串联的二极管，n为正整数。

具体的工作原理为：

第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和第三晶体管Q3通过所述导热板进行热耦合；第三晶体管Q3作为额外的发热器件通过所述导热板加热第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。

图4所示的电路中，通过二极管组串联产生的正向压降n×Vf(Vf为单个二极管的导通压降)可以得到预设的基准电压Vref；当然，在具体的实际应用中，也可以采用其他能够产生稳定电压差的器件代替二极管组，此处仅为一种示例，并不一定限定于此，可以视其具体应用环境而定。

根据图4所示的电路连接关系可得，第三晶体管Q3的工作电流为Ibias＝(VCC-Vref-Vbe)÷R3；Vbe为第三晶体管Q3的基极和发射极之间的压差；第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的静态工作电流为IQ1＝IQ2＝0.5×Ibias；第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和第三晶体管Q3的热功率之和为(VCC-VEE)×Ibias；因此，第三晶体管Q3的工作电流Ibias的大小决定了第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和第三晶体管Q3的发热量；而三者通过所述导热板进行热耦合，因此实现了对于第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的加温控制。通过对于基准电压Vref和第三电阻R3的调整，可以实现对于第三晶体管Q3的工作电流为Ibias的调整，进而控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的温度。

上述实施例中，所述伺服电路还用于检测并根据导热板103的温度，调节所述发热体的发热量，使导热板103的温度为预设值，进而实现对于第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的恒温控制。

如图4所示，以所述恒温调节电路为二极管组为例，由于二极管的导通压降会随着温度的变高而小幅度降低。当所述导热板的温度升高，加热所述二极管组，使得所述二极管组的导通压降下降，进而使得第三晶体管Q3的工作电流Ibias下降，也即第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和第三晶体管Q3的发热量下降，所述导热板上的温度也会下降；经过上述温度负反馈的动态调节，最终会使得所述导热板上的温度稳定在所述预设值附近。所述预设值由所述二极管组内二极管的型号、n的取值和第三电阻R3的阻值共同决定。

或者，所述恒温调节电路也可以为负温度系数电阻。可以视其具体应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上仅是本发明的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种差分放大器，其特征在于，包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻、伺服电路和发热体；其中：

所述伺服电路连接于第一电源与所述发热体之间，用于调节所述发热体的输出电流，进而调节所述发热体的发热量；

所述发热体的输出端与所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第一端相连；所述发热体用于通过所述输出电流调节流经所述第一晶体管和所述第二晶体管的电流，进而调节所述第一晶体管和所述第二晶体管的发热量；

所述第一晶体管的第二端为所述差分放大器的一个输出端、通过所述第一电阻与第二电源相连；

所述第二晶体管的第二端为所述差分放大器的另一个输出端、通过所述第二电阻与所述第二电源相连；

所述第一晶体管的控制端为所述差分放大器的一个输入端；

所述第二晶体管的控制端为所述差分放大器的另一个输入端。

2.根据权利要求1所述的差分放大器，其特征在于，还包括：导热板；所述第一晶体管、所述第二晶体管及所述发热体均设置于所述导热板上；且所述第一晶体管和所述第二晶体管设置于所述导热板同一位置的两面上。

3.根据权利要求2所述的差分放大器，其特征在于，所述伺服电路还用于检测并根据所述导热板的温度，调节所述发热体的发热量，使所述导热板的温度为预设值。

4.根据权利要求2所述的差分放大器，其特征在于，所述发热体为第三晶体管或者电阻。

5.根据权利要求3所述的差分放大器，其特征在于，所述发热体为第三晶体管，所述伺服电路包括：恒温调节电路、第三电阻和第四电阻；

所述恒温调节电路的输入端与所述第三电阻的一端及所述第一电源相连；

所述恒温调节电路的输出端与所述第三晶体管的控制端和所述第四电阻的一端相连；

所述第三电阻的另一端与所述第三晶体管的第一端相连；

所述第四电阻另一端与所述第三晶体管的第二端相连。

6.根据权利要求5所述的差分放大器，其特征在于，所述恒温调节电路为二极管组；所述二极管组的阳极为所述恒温调节电路的输入端；所述二极管组的阴极为所述恒温调节电路的输出端；所述二极管组包括n个串联的二极管，n为正整数。

7.根据权利要求5所述的差分放大器，其特征在于，所述恒温调节电路为负温度系数电阻。

8.根据权利要求2至7任一所述的差分放大器，其特征在于，所述导热板为铜板、铝板或者热管。

9.根据权利要求2至7任一所述的差分放大器，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管为双结型晶体管BJT、结型场效应管JFET或者绝缘栅场效应管MOSFET。