CN118077149A - 用于信号传输的单电源装置 - Google Patents

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Abstract

用于信号传输的单电源装置包括两个运算放大器(OA)、两个晶体管、一个电阻器、一个反馈电路(FC)和一个电流设定器。第一运算放大器的输出端连接到第一晶体管的第一电极，第一运算放大器的第一输入端连接到接收输入信号的终端。第二晶体管、第二OA和电阻器构成电流稳定器(CS)。CS输入、第一晶体管的第三电极和FC第一端子的交界点预留用于连接负载。FC的第二端子连接到第一OA的第二输入端。当作为集成电路制造时，该装置可将FC和电流设定器置于元件之外。本发明采用单电源工作方式，可确保拓宽传输信号的动态范围和输出信号的高增长率。

Description

用于信号传输的单电源装置
技术领域
本发明涉及无线电工程、电子学和测量技术，设计用于在单电源运行的杂项电子系统中不失真地传输宽带信号。
背景技术
与众所周知的使用双极电源的信号传输设备不同，对于单电源设备来说，获得接近于零的输出电压是一项挑战。例如，如果在输出电压上添加基座以抵消接近零的电压，那么就需要精确控制基座的预设电平，特别是在传输振幅可能只有几毫伏的小信号时。也就是说，上述领域的主要趋势是电源电压不断降低(尤其是移动设备)，因此迫切需要降低最小非失真输出电压，以保持或扩大传输信号的动态范围。
因此，在单电源信号传输设备中实现最小("接近于零")输出电压的问题是现代电子技术，尤其是模拟和模拟数字芯片设计中亟待解决的问题之一。此外，对于任何信号传输设备，包括单电源设备来说，提供宽带信号不失真传输所需的高信号增长率也非常重要。
本领域已知的用于传输信号的单电源运算放大器(OA)已在德州仪器公司的运算放大器OPA189规范中公开(/数据_表格/OPAx189高精度、低噪声、36-V、零漂移、14MHz、多路复用、轨至轨输出运算放大器数据表(SBOS830I-2017年9月-2021年10月修订)。披露了一个运算放大器输入电路与三个放大模块的串联连接，前者设计用于在-0.1V至电源电压降低2.5V的输入电压范围内工作，后者在反馈电路开路的情况下提供170dB的传输增益。
由于现有技术设计中的输出电压取决于负载电阻，它介于20mV(负载电阻为10KOhm时)和80mV(负载电阻为2KOhm时)之间。在某些情况下，这个值大得令人无法接受，会导致接近于零传输信号失真。无法提供接近于零的输出电压(即与传输信号成比例)被认为是该设计的一个缺点。
此外，"近轨运行的输出级"(2017年1月17日的美国专利9,548,707号)中也披露了类似的设计。
该设计电路用于在单电源条件下无失真传输低压信号，包括一个具有非反相("+")和反相("-")输入端的差分放大器、一个共发射极配置的主晶体管、一个电流发生器、一个缓冲晶体管和一个输出电流电路。在电路中，差分放大器的输出端连接到主晶体管的控制电极，电流发生器连接到主晶体管的一个电极和缓冲晶体管的控制电极，而缓冲晶体管的发射极连接到输出电流电路的输入端，并代表设计的输出。
这种设计的缺点是，其输出电压在实施时不能低于2mV(专利第3栏，第63-65行)。实际上，这不足以达到接近于零输出电压，因此无法实现低压信号的无失真传输。
另一种类似方法是"应用于超低静态电流LDO的输出级放电电路"(2020年11月13日的中国申请111930167)中描述的一项技术决定。
设计电路包括运算放大器OA(具有一个非反相("+")输入端和一个反相("-")输入端，后者是设计的输入端)、晶体管(其栅极连接到OA的输出端，其源极是设计的输出端)、连接在设计输出端和作为电流镜的电流源之间的电阻分压器，以及电流控制器Ib(分压器的中点连接到OA的非反相"+"输入端)。
这种设计的缺点是无法同时提供"接近于零"输出电压和信号的高增长率。
2002年3月12日的美国专利6,356,153中披露了一种"轨至轨输入/输出运算放大器和方法"，被认为是最接近索赔设计的模拟装置。该装置包括一个输入级、两个增益提升放大器和一个输出级。现有技术设计中具有两个放大器和输出级的部分对实现拟议设备的目标至关重要。被选为原型的这部分包括两个OA、四个晶体管、两个电阻和一个AB类工作电路。
在电路中，第一晶体管的第一端子连接到第一OA的输出端，第一晶体管的第二端子连接到AB类操作电路的第一端子和第三晶体管的第一端子。第一OA的第一输入端与信号源相连，第一晶体管的第三端与第一OA的另一输入端和第一电阻器的第一端相连，第三晶体管的第三端与第一电阻器的第二端相连。
此外，第二晶体管的第一端子连接到第二OA的输出端，第二晶体管的第二端子连接到AB类操作电路的第二端子和第四晶体管的第一端子，第二晶体管的第三端子连接到第二OA的输入端和第二电阻器的第一端子、第四晶体管的第三端子连接到第二电阻器的第二端子，第二OA的另一个输入端连接到信号源，第三和第四晶体管的第二端子相互连接。
拟议设计和原型的共同特征是两个OA、两个晶体管和一个电阻器，第一晶体管的第一端连接到第一OA的输出端，第一OA的第一输入端用于连接信号源，第二晶体管的第一端连接到第二OA的输出端，第二晶体管的第三端连接到第二OA的一个输入端和电阻器的第一端。
原型采用AB类放大状态，这种状态下的信号往往会出现非线性失真。因此，该原型无法提供无失真信号传输，特别是宽带"接近于零"信号。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种用于信号传输的单电源装置，在宽动态范围内实现不失真信号传输，当宽带"接近于零"信号输入到该装置的输入端时，该装置能够产生最小("接近于零")输出电压(零点几毫伏)。
现有技术设计无法达到的技术效果是，大大拓宽信号传输单电源装置的动态范围，同时提供输出信号的高增长率。
上述技术成果是通过在该装置中提供反馈电路和输出电流设定器实现的，该装置包括两个OA、两个晶体管和电阻器，并具有上述连接，第一晶体管的第三端与第二晶体管的第二端连接，该连接与负载和反馈电路连接，反馈电路还与第一OA的第二输入端连接，输出电流设定器还与第二OA的第二输入端连接。通过上述设备元件的连接，可以在其中定义一个电流稳定器，该电流稳定器由第二OA、第二晶体管和电阻器及其连接件组成。也就是说，输出电流设定器的输出端是电流稳定器的输入端，而电流稳定器的输出端是电阻器的第二端。
与原型设备相比，该设备的设计更为简单，可产生最小("接近于零")输出电压(与现有技术中的单位或数十毫伏相比，输出电压仅为零点几毫伏)。同时，输出信号的增长率很高，这对于宽带信号的无失真传输是必要的，而且由于使用了A类放大状态，消除了非线性失真。
这大大拓宽了宽带信号传输单电源装置的动态范围。
申请专利保护的技术解决方案还包括一个集成电路(IC)，该集成电路结合了所申请装置的多个元件。
在本实施例中，通过提供一种集成电路来实现上述技术成果，该集成电路包括两个OA、两个晶体管和一个电阻器等装置的复合元件。第一OA的输出端连接到第一晶体管的第一端，第二OA的输出端连接到第二晶体管的第一端。第一OA的第二输入端连接到用于提供输入信号的集成电路端子。第二晶体管的第三端子连接到第二OA的第一输入端和电阻器的一个端子。第一晶体管的第三端子与第二晶体管的第二端子相连，该连接与用于连接负载的集成电路端子和反馈电路的第一端子相连，反馈电路位于集成电路(IC)外部。
此外，集成电路(IC)还设有一个用于连接外部反馈电路第二端子的端子，上述集成电路端子与第一OA的第二输入端相连，可用于连接第二输入信号源。此外，集成电路还设有一个与第二OA的第二输入端相连的端子，用于连接外部电流设定器。
附图说明
本发明通过附图作进一步说明，附图展示了信号传输设备的实施方案：
图1显示原型。
图2a是本发明与原型的对比图。
图2b展示了集成电路中的本发明。
图3显示了本发明的一个实施方案。
图4是本发明的另一种实施方案。
图5是本发明的另一种实施方案。
图6展示了本发明中用于稳流器的输出电流设定器的一个实施方案。
图7是本发明中稳流器的输出设定器的另一个实施例。
图8展示了本发明中稳定电流装置的输出设定器的另一个实施例。
图9a-9f展示了使用本发明提出的技术方案时降低传输信号失真度的图表。
图10为示波器屏幕截图，说明了验证所述技术成果实现情况的实验结果。
具体实施方式
下面将参照附图解释所要求的设备及其操作。
图1展示了根据美国专利6,356,153获得的现有技术轨至轨差分放大器的一部分。该部分(原型)包括两个OA(58A和57A)、四个晶体管(26、30、37和45)、两个电阻器(89、88)和一个AB类工作电路(29)，原型的两个输入端(22、33)分别连接到第一和第二OA的输入端，第三和第四晶体管的第三端连接点(31)是原型的输出端。
本发明与原型的比较如图2a所示。在该图中，所述设备100包括一个第一OA101、一个第一晶体管(图2中为MOSFET)103、一个输出电流设定器155、一个用于连接电源(PS)正极的端子107、一个第一输入端子109、第一OA101的第一PS端子111和第二PS端子113、一个第一输入端子115(图2a中显示为非反相)和一个第二输入端子113。第一OA 101的第一输入端115(图2a中显示为非反相"+")连接到第一输入端109，第一OA 101的第二输入端117(图2a中显示为反相"-")连接到第二输入端118，第一OA 101的输出端119连接到第一晶体管103的第一(控制)端121(图2a中的栅极)。第一晶体管103的第二端子125(图2a中的漏极端子)与第一OA101的第一PS端子111和端子107连接，而第一OA101的第二PS端子113则与用于连接公共线(接地)和PS负极的端子127连接。第一晶体管103的第三端子123(图2a中的源极端子)与第二晶体管153(图2a中的MOSFET)的第二端子191(图2a中的漏极端子)连接，用于通过端子135与负载(未显示)连接。
第二晶体管153的第三端子193(图2a中的源极端子)连接到第二OA151的第一输入端169(图2a中的反相("-")输入端)和电阻器157的第一端子187。
第二晶体管153的第一(控制)端181(图2a中的栅极)与第二OA 151的输出端165相连。
第二OA 151的第一PS端子159与用于连接PS正极的触点129相连，而第二OA151的第二PS端子161和电阻器157的第二端子189则与设备100的端子127相连，该端子旨在与公共导线(框架)和PS负极相连。
反馈电路(FC)143的第一端子137连接到第一晶体管103和第二晶体管153的连接处，FC143的第二端子139连接到第一OA101的第二输入端117，而FC143的第三端子141连接到设备100的端子127。
如上所述，第二OA151、第二晶体管153和电阻器157以及它们之间的连接构成了电流稳定器105，其输入端131连接到第二晶体管153的第二端191和设备100的端子135。与电阻器157的第二个端子189和端子127相连的触点133是稳流器105的输出端。控制稳定器105电流值的电位从输出电流设定器155的输出端173通过稳定器105的触点163供电到第二OA151的第二输入端167(图2a中为非反相("+")输入端)。
输出电流设定器155的触点171和稳定器的触点129与PS的正极相连，而输出电流设定器155的端子177则与端子127相连。
图2a中未显示PS、输入信号源和要连接到设备各端子的负载。
为清晰起见，图2a用加粗线表示原型中没有的元件(FC143和输出电流设定器155)和连接。正是由于提供了这些元件和连接，才达到了上述技术效果。
图2b展示了作为集成电路制造的权利要求设备的示意图。该装置200包括第一OA101、第一晶体管103(图2b中为MOSFET)和稳流器105，其实现方式与图2a中相同。此外，装置200还具有用于连接PS正极的端子107、用于连接负载和外部FC的端子135、用于连接PS负极的端子127、用于连接信号源的第一输入端子109、用于连接外部FC和另一个信号源的第二输入端子118以及用于连接电流设定器输出的端子163。
第一OA101的第一输入端115(图2b中为非反相("+")输入端)连接到设备200的第一输入端109，第一OA101的第二输入端117(图2b中为反相("-")输入端)连接到设备200的第二输入端118，第一晶体管103的第一(控制)端121(图2b中为栅极)连接到第一OA101的输出端119。第一晶体管103的第二端子125(图2b中的漏极)连接到第一OA101的第一电源端子111和连接到电源正极的端子107。OA101的第二个PS端子113连接到设备200的端子127。
第一晶体管103的第三端子123(图2b中的源极端子)和稳流器105的第一端子131的连接点与设备200的端子135相连。稳流器105的输出端133连接到设备200的端子127，该端子与PS的负极相连。稳流器105的触点129与PS的正极相连。
图2b中未示出的PS、输入信号源、负载、FC和输出电流设定器及其连接件将分别连接到集成电路200的各个端子上。
图3显示了所称设备的一个实施例的示意图，其中设备100包括OA101、晶体管103、稳流器105、输出电流设定器155和FC143。图中107是用于连接PS正极的端子。图3中还显示了与OA101相关的设备的第一输入端109、第一PS端111、第二PS端113、与第一输入端109连接的第一(图3中为非反相("+"))输入端115、第二(图3中为反相("-"))输入端117以及与晶体管103的第一(图3中为控制-栅极)端121连接的输出端119。晶体管103的第三端子123(图3中的源极端子)连接到稳流器105的第一端子131和设备100的端子135，用于连接负载，而晶体管103的第二端子125(图3中的漏极端子)连接到OA101的第一PS端子111和设备100的端子107，用于连接PS的正极。
稳流器105的PS端子129用于连接PS源的正极。此外，还提供用于连接PS源负极的端子127，该端子通过设备的公共导线(框架)与OA101的第二PS端子113、稳流器105的第二端子133和输出电流设定器155的端子177连接。稳流器105的端子163与输出电流设定器155的输出端173相连。
连接FC143第一端子137和第二端子139的普通导线用作FC143本身。FC143的第一端子137连接到晶体管103和稳流器105的连接处，而FC143的第二端子139连接到OA101的第二输入端117，FC143的第三端子141(未使用)连接到设备的端子127。
输出电流设定器155和稳流器105的触点171和129分别用于连接PS源的正极。用于连接负载的端子135与稳流器105的第一端子131、晶体管103的第三端子123和FC143的第一端子137相连。
图3中未显示的是PS源、输入信号源和负载，它们将分别连接到设备的各个端子上。
图4显示了所要求设备的另一个实施例的示意图，其中设备100包括OA101、晶体管103、稳流器105、输出电流设定器155和FC143。图中还显示了用于连接PS源正极的端子107、设备100的第一输入端子109、OA101的第一PS端子(111)和第二PS端子(113)。OA101的第一(图4中的非反相("+"))输入端115连接到设备100的第一输入端109，第二(图4中的反相("-"))输入端117和输出端119连接到晶体管103的第一(图4中的控制(栅极))端121。晶体管103的第三端子123(图4中的源极端子)连接到稳流器105的第一端子131和设备的预留端子135，用于连接负载，而晶体管103的第二端子125(图4中的漏极端子)连接到OA101的第一PS端子111和设备的端子107。稳流器105的端子129也用于连接PS源的正极。端子127用于连接PS源的负极，并通过设备的公共导线(框架)与OA101的第二PS端子113、稳流器105的第二端子133和输出电流设定器155的端子177连接。稳流器105的端子163与输出电流设定器155的输出端173相连。输出电流设定器155和稳流器105的触点171和129分别用于连接PS源的正极。
在图4的示意图中还显示了FC143，它包括一个由FC第一电阻443和第二电阻445组成的第一分压器。第一电阻器443的第一端447连接到FC143的第一端137，第一电阻器443的第二端449连接到FC143的第二端139和第二电阻器445的第一端451。第二电阻器445的第二端子453与FC143的端子141相连。FC143三个端子中的第一端子137连接到晶体管103和稳流器105的结点，第二端子139连接到OA101的第二输入端117，第三端子141连接到设备100的端子127。预留用于连接负载的是设备100的端子135，与稳流器105的第一端子131、晶体管103的第三端子123和FC143的第一端子137连接。
图4中未显示的是PS源、输入信号源和负载，它们将分别连接到设备的各个端子上。
图5展示了本发明第三个实施例的示意图，图中显示了由OA101、晶体管103、稳流器105、输出电流设定器155和FC143组成的装置100。图中还显示了用于连接PS源正极的端子107、设备100的第一输入端子109、OA101的第一PS端子(111)和第二PS端子(113)。OA101还具有与第一输入端109连接的第一(图5中为非反相("+"))输入端115、第二(图5中为反相("-"))输入端117以及与晶体管103的第一(图5中为控制(栅极))端121连接的输出端119。晶体管103的第三端子123(图5中的源极端子)连接到稳流器105的第一端子131和预留用于连接负载的装置的端子135，而晶体管103的第二端子125(图5中的漏极端子)连接到OA101的第一PS端子111和用于连接PS源正极的装置的端子107。稳流器105的端子129也预留用于连接PS源的正极。端子127用于连接PS源的负极。该端子127还通过设备的公共导线(框架)与OA101的第二PS端子113、稳流器105的第二端子133和输出电流设定器155的端子177连接。稳流器105的端子163连接到输出电流设定器155的输出端173。输出电流设定器155的端子171和稳流器105的端子129用于连接PS源的正极。
图5的示意图中还显示了由电阻器443组成的FC143。电阻器443的第一端447连接到FC143的第一端137，电阻器443的第二端449连接到FC143的第二端139。FC143三个端子中的第一端子137连接到晶体管103和稳流器105的结点，第二端子139连接到OA101的第二输入端117，而未使用的第三端子141则连接到设备的端子127。
此外，如图5所示，设备100具有第二输入端118，并包括第三电阻器545、第四电阻器547和第五电阻器549，其中第四电阻器547和第五电阻器549组合成第二分压器。第二输入端118连接到第三电阻器545的第一端，其第二端555连接到OA101的第二输入端117和FC143的第二端139。第四电阻器547的第一端子559连接到OA101的输入端115，电阻器547的第二端子561连接到设备100的端子127。第五电阻器549通过其第一端子563连接到第一输入端109，并通过其第二端子565连接到OA101的第一输入端115。
图5中未显示的是PS信号源、输入信号源和负载，它们将分别连接到设备的各个端子上。
图6展示了输出电流设定器155的一种可能的实施方式，其中后者作为第三分压器。该实施例可用于所要求设备的任何实施例中，包括但不限于图3-5所示的实施例。图6中显示的是：输出电流设定器155、第三分压器的第一电阻器605和第三分压器的第二电阻器613。第一电阻器605的第一端子621连接到输出电流设定器155的第一端子171，用于连接PS源的正极；输出电流设定器第二电阻器613的第二端子629连接到输出电流设定器155的第三端子177，用于连接PS源的负极、而输出电流设定器的第一电阻器605的第二端子625和电流设定器的第二电阻器613的第一端子627则连接至输出电流设定器的第二端子173，该输出电流设定器将与稳流器105连接。
图7表示输出电流设定器155的另一个可能实施例，使用场效应晶体管(FET)和第四个分压器。该实施例可用于所要求设备的任何实施例中，包括但不限于图3-5所示的实施例。图7中显示了：输出电流设定器155、场效应管703、输出电流设定器的第一电阻707和第二电阻713，作为第四分压器的第一和第二元件。场效应管703的漏极741连接到输出电流设定器的第一端子171，目的是连接到PS源的正极，场效应管703的源极743连接到输出电流设定器的第一电阻器707的第一端子737、场效应管703的栅极端子731连接到输出电流设定器的第一电阻器707的第二端子739和输出电流设定器的第二电阻器713的第一端子725的交界点，并连接到电流设定器的第二端子173，以便与电流稳定器105连接。输出电流设定器第二电阻器713的第二端子727连接至输出电流设定器第三端子177，该端子拟连接至PS源的负极。
图8表示使用基准电压源和第五分压器的输出电流设定器155的另一个可能的实施例。该示意图可用于所要求设备的任何实施例，包括但不限于图3-5所示的实施例。图8中显示了：输出电流设定器155、基准电压源801、输出电流设定器的第一电阻805、第二电阻807和第三电阻813，它们分别服务于第五分压器的第一、第二和第三元件。输出电流设定器的第一电阻器805的第一端子831连接到输出电流设定器的第一端子171，该端子旨在连接到PS源的正极，第一电阻器805的第二端子833连接到基准电压源801的第一端子835和第二电阻器807的第一端子839、第二电阻器807的第二端子841连接至第三电阻器813的第一端子843和输出电流设定器155的第二端子173，输出电流设定器155拟连接至电流稳定器105。输出电流设定器的第三电阻器813的第二端子845连接至基准电压源801的第二端子837和拟连接至PS源负极的输出电流设定器第三端子177。
图9a-9f所示的图表说明了拟议设备在传输信息信号时降低失真度的情况。图9中列举了901-输入信号，902-现有技术设计的振幅响应，903-拟议设备的振幅响应；904-现有技术设计的输出信号(失真)，905-拟议设备的输出信号。
图10所示为权利要求所述设备的输入和输出信号的振荡图，证实获得了权利要求所述的技术成果。图中1001是输入测试电压的示波图，1002是输出电压的示波图。
图3所示的用于传输信号的单电源设备100是本发明的实施例之一，它以电压中继模式运行。当具有电压Uin的输入信号被施加到用于连接输入信号源的端子109，然后施加到OA101的第一非反相("+")输入端115时，电压U1出现在OA101的输出端119，并进入以线性模式工作的晶体管103的第一控制端121。稳流器105产生直接稳定电流I0，其值取决于从输出电流设定器155的端子173到稳流器105的控制输入端163的电压U0。
电流稳定器105的参数选择方式可确保电流稳定器的最小压降(在其端子131和133之间)Umincs(对应于电流稳定模式的开始)例如为0.2mV(或允许不失真信号传输的其他值)。
电流I0流过稳流器105，在端子131和133之间产生输出电压Uout，该电压从与端子131和133连接的设备的端子135和127加到负载(未显示)上。
流过晶体管103的电流I1由稳流器105的电流I0和负载电流I2＝Uout/R(其中R为负载电阻)共同决定。
如果负载连接在设备的端子135和127之间，则
I1＝I0+Uout/R (1)；
而且该电流不能超过晶体管103的最大允许值。
如果负载连接在设备的端子135和107之间，则
I1＝I0–Uout/R (2)；
而且该电流必须不小于晶体管103线性工作模式的允许值。
电压Uout从稳流器105的第一端子131出发，经由FC143作为普通导线到达OA101的反相("-")输入端117，从而形成以下强反馈电路：OA101-晶体管103-FC143-OA101。如果由于某种原因，OA101的反相("-")输入端117上的输出电压Uout变小，小于其非反相("+")输入端115上的Uin值，则晶体管103的第一控制端121上的电压U1升高，使晶体管103微微打开，从而导致设备的输出电压Uout升高。Uout的值达到Uin，从而满足了上述关系。
Uout＝Uin (3)
另一方面，如果OA101的反相("-")输入端117上的输出电压Uout超过OA101的非反相("+")输入端115上的值Uin，则晶体管103的第一(控制)端121上的电压U1下降，晶体管103稍微闭合，从而使设备的输出电压Uout下降，达到Uin的水平，再次满足关系式(3)。
因此，图3原理图中的输出电压Uout始终尽可能等于输入电压Uin的值。
图3所示的上述装置的传输响应K等于1，因此，它可以作为电压中继器工作。
用于单电源操作的传统OA，如德州仪器公司的OPA189、OPA365等，可用作所提装置中的OA101，但无法确保OA101输出端119的电压U1小于几十毫伏。然而，在图3所示的拟议装置中，U1总是超出Uout值，超出的幅度为晶体管103的控制端121与其连接到稳流器105的第一端子131的第三端子123之间的电位差。正是这个电位差确保了传统OA101的输出电压U1在拟议设备的输出端偏置为"接近于零"值，从而有助于在单电源操作中传输"接近于零"信号时大幅降低失真度，这反过来又有利于拓宽单电源信号传输设备的动态范围(如果晶体管103的栅源电压超过OA101的最小输出电压，则可确保上述效果，见图9e中的Umin)。
当输入电压Uin升高到几伏(取决于传统OA101的参数)时，设备的工作方式与关系式(3)相同，Uout的值始终小于U1，其值取决于晶体管103的控制端121与第三端123之间的电位差。作为集成电路的装置200运行方式类似，唯一的区别是FC143和输出电流设定器155可以相对于集成电路外接，并连接到上述端子上。
如果希望传输响应超过1，如1.5或10，或任何其他实际可行的值(放大条件)，FC143必须包括一个分压器，如电阻分压器。
图4(放大器电路)显示了所称设备的这种实施方案的示意图。在这种情况下，设备100的工作原理如下。当电压Uin的输入信号被施加到用于连接输入信号源的端子109，并相应地施加到OA101的第一非反相("+")输入端115时，OA101的输出端119会出现电压U1。U1电压进入以线性模式运行的晶体管103的第一控制端121。稳流器105产生直接稳定电流I0，其值取决于从电流设定器155的端子173到稳流器105的控制输入端163的电压U0。电流稳定器105的参数选择方式可确保电流稳定器的最小压降(在其端子131和133之间)Umincs(对应于电流稳定模式的开始)例如为0.2mV(或允许无失真信号传输的其他值)。
电流I0流过稳流器105，在端子131和133之间产生输出电压Uout，该电压从与端子131和133连接的设备的端子135和127输出到负载(未显示)。
流经晶体管103的电流I1由电流稳定器105的电流I0和负载电流I2＝Uout/R(其中R为负载电阻)共同决定。
如果负载连接在设备的端子135和127之间，则符合关系式(1)，该电流必须不超过晶体管103的最大允许值。
如果负载连接在设备的端子135和107之间，则符合关系式(2)，该电流必须不小于晶体管103线性工作模式下的允许值。
电压Uout从稳流器105的第一端子131出发，通过FC143(包括一个具有第一电阻器443和第二电阻器445的分压器(第一分压器))，到达OA101的反相("-")输入端117。因此，出现了以下反馈电路：OA 101-晶体管103-FC143-OA101。因此，电压
Uout*R445/(R445+R443) (4)；
其中，R443、R445分别为第一电阻器443和第二电阻器445的标称电阻值，最终施加到OA 101的反相"-"输入端。
如果由于某种原因，输出电压Uout小于OA101的第一输入端115的Uin值，则晶体管103的第一控制端121的电压U1会增加，并使晶体管103稍微打开，从而导致设备的输出电压Uout增加。Uout的增大值通过由第一分压器(443和445)组成的FC143再次到达OA101的第二输入端117。
Uin＝Uout/(1+R443/R445) (5)；
另一方面，如果OA101的反相("-")输入端117的电压Uout(1+R443/R445)值大于其非反相("+")输入端115的Uin值，则晶体管103的第一控制端121的电压U1将下降，从而关闭晶体管103。与此相对应，设备的输出电压Uout将下降，并通过电阻器443和445形成的FC143再次进入OA101的反相("-")输入端117，直到再次满足关系式(5)。
因此，图4原理图的输出电压Uout几乎总是等于输入信号电压Uin，传输响应为
K＝Uout/Uin＝1+R443/R445 (6)；
这样，在图4所示的拟议装置实施例中，传输响应超过1，例如1.5或10或任何其他实际可行的值(取决于R443和R445之间的相关性)。因此，该装置可用作放大器。
用于单电源操作的传统OA(如德州仪器公司的OPA189、OPA365等)可用作所提设备中的OA101，但它们无法在OA101的输出119上提供小于几十毫伏的电压U1。因此，在图4所示装置的实施例中，U1总是大于Uout，即晶体管103的控制端121与其连接到稳流器105的第一端子131的第三端子123之间的电位差的值。正是该电位差确保了传统OA101的输出电压偏置，使其在拟议装置的输出端接近"零"值，从而有助于大幅降低在单电源操作中传输低压信号时的失真度，并拓宽此类装置的信号传输动态范围。当晶体管103的栅极源极电压超过OA101的最小输出电压(见图9e中的Umin)时，就能确保上述效果。
当输入电压Uin增加到伏特单位(取决于传统OA101的参数)时，设备以同样的方式运行，以确保满足关系式(5)，Uout值始终小于U1，小于晶体管103的控制端121和其第三端123之间的电位差值。作为集成电路的设备200(但不同之处在于，FC143和输出电流设定器155可以相对于集成电路而言是外部的)的工作原理与此类似。
如果需要获得两个电压的差值，然后进行放大、衰减或传输不变(差分放大模式)，设备将包括一个额外的输入端，通过一个额外的电阻器连接到OA的反相"-"输入端。此外，设备还包括一个分压器，该分压器位于设备的主输入端和OA的输入端之间。
图5展示了这种差分放大器(设备的第三种可能实现方式)的示意图。设备100的工作原理如下。第一输入信号Uin1被施加到用于连接第一输入信号源(未显示)的端子109上。通过由第五电阻器549和第四电阻器547构成的第二分压器，电压Uin1进入OA101的非反相("+")输入端115，而第二输入信号Uin2则通过第三电阻器545从设备的端子118进入OA101的反相("-")输入端117。这样，电压U1出现在OA101的输出端119，并进入晶体管103的第一控制端121，晶体管103以线性模式工作。
稳流器105产生直接稳定电流I0，其值取决于从输出电流设定器155的端子173到稳流器105的控制输入端163之间施加的电压U0。电流稳定器105的参数选择方式可确保电流稳定器的最小压降(在其端子131和133之间)Umincs(对应于电流稳定模式的开始)例如等于0.2mV(或允许无失真信号传输的其他值)。
电流I0流过电流稳定器105，在后者的端子131和133上产生输出电压Uout。从连接到稳流器105的端子131和133的设备端子135和127，将电压Uout加到负载(未显示)上。
流过晶体管103的电流I1由稳流器105的电流I0和负载电流I2＝Uout/R(其中R为有源负载电阻)共同决定。
如果负载连接在设备的端子135和127之间，则符合关系式(1)。在这种情况下，该电流值必须不超过晶体管103的最大允许值。如果负载连接在设备的端子135和107之间，则符合关系式(2)，该电流值必须不小于晶体管103线性工作模式的允许值。
同时，输出电压Uout的一部分通过FC143的第一电阻443到达OA101的反相("-")输入端117(其中第一电阻443和第三电阻545构成第六分压器)。图5示意图中的输出电压Uout与输入电压Uin1和Uin2的关系式为
Uout＝α*(Uin1-Uin2) (7)；
其中
α＝R443/R545＝R547/R549 (8)；
输入电压的差分传输系数，R443、R545、R447、R449分别为第一电阻器443、第三电阻器545、第四电阻器547和第五电阻器549的额定电阻值。
由于具体设备是根据本实施例实现的，因此可选择严格遵守关系式(8)：第一、443、第三、545、第四、547和第五、549电阻器的额定值可根据设备要解决的特定问题进行选择。
根据电阻器的额定阻值，差分系数α可以大于1、小于1或等于1，从而可以放大或衰减两个电压的差值，或将其保持不变地传输。这样，输出电压Uout始终与输入电压Uin1-Uin2之差成正比。
此外，在适当选择第一、443、第三545、第四547和第五549电阻器的额定值的情况下，本实施例可以放大或衰减两个电压的差值。因此，它具有差分放大器的功能。
用于单电源操作的传统OA(如德州仪器公司的OPA189、OPA365等)可用作所提设备中的OA401，但它们无法在OA101的输出端119提供小于几十毫伏的电压U1。然而，在图5所示装置的实施例中，U1总是大于Uout，这是由晶体管103的控制端121与其连接到电流发生器105的第一端子131的第三端子123之间的电位差值决定的。正是该电位差确保了传统OA101的输出电压偏置，使其在拟议装置的输出端接近"接近于零"值，从而有助于大幅降低在单电源操作中传输低压信号时的失真度，并拓宽此类装置的信号传输动态范围。当晶体管103的栅极源极电压超过OA101的最小输出电压(见图9e中的Umin)时，就能确保上述效果。
当输入电压Uin1和Uin2增加到伏特单位(取决于传统OA101的参数)时，电路以同样的方式工作，确保满足关系式(7)。在这种情况下，Uout的值总是小于U1，即晶体管103的控制端121与第三端123之间的电位差的值。作为一个集成电路(但FC143和电流设定器155相对于集成电路可以是外部的)的设备200的工作原理与此类似。
除了图3-5所示和上文描述的拟议设计的实施例之外，可行的还有其他实施例，这些实施例在将各种电路连接到OA的输入和输出方面有所不同，例如，在上述运算放大器OPA189的说明书中披露了这些实施例。
此外，还介绍了图2a所示电流稳定器的操作。这种结构可用于所要求装置的所有可能实施方案，特别是图3-5所示的实施方案，但并不以此为限。
由于输出电压Uout存在于所提设备的端子135和127上，因此它似乎被施加到稳流器105的端子131和133上，并分布在第二晶体管153(即其端子181和193之间)和电阻器157(即其端子187和189之间)之间。
来自电阻器157端子187的电压进入OA151的第一输入端169，并与第二OA151的第二输入端167的电压U0进行比较，后者通过电流稳定器105的端子163从输出电流设定器155的输出端173输出。如果第二OA151第一输入端169的电压超过其第二输入端167的电压U0，则在第二OA151的输出端165形成不平衡信号。不平衡信号加到以线性模式工作的第二晶体管153的控制端181上，晶体管153会轻微闭合，通过晶体管153的电流减小，电阻器157的端子187上的电压以及第二OA151的第一输入端169上的电压随之等于其第二输入端167上的电压U0。反之，如果第二操作器151第一输入端169的电压低于第二输入端167的电压U0，则第二操作器151输出端165的不平衡信号电平会发生变化。不平衡信号进入第二晶体管153的控制端181，使第二晶体管153稍微打开，通过第二晶体管153的电流增加，电阻器157的端子187上的电压以及第二OA151的第一输入端169上的电压再次等于第二输入端167上的电压U0。
这样，在图2a所示的电流稳定器105中，始终存在以下关系式
I0*Rm＝U0 (9)；
其中，Rm是电阻器157的额定电阻值，U0-输出电流设定器155第二端子173上的电压。
换句话说，流经电流发生器105的始终是直流电流
I0＝U0/Rm (10)；
其值由输出电流设定器155(其第二端子173)输出端的电压U0设定。
稳流模式开始时，稳流器105端子131和133之间的压降Umincs由以下关系式确定
Umincs＝I0*Rcs (11)；
其中I0-稳流器105的直流电流，Rcs是稳流器105端子131和133之间的电阻，以及
Rcs＝Rm+RDS(on) (12)；
其中，Rm-电阻器157的额定电阻值，RDS(on)是第二晶体管153在开路状态下的静态漏极至源极导通电阻。
通过正确选择电阻器157的额定电阻值R和选择具有所需RDS(导通)的第二晶体管153，可以方便地确保满足上述关系式，从而使稳流器105的端子131和133之间与稳流模式开始时相对应的电压等于0.2mV(或确保信号传输不失真的其他值)。
例如，要获得等于0.2mV的Umincs，第二晶体管153在开路状态下的漏极至源极通道电阻RDS(on)的值必须达到数百毫欧。这样，第二晶体管153的漏极至源极和栅极至漏极的寄生电容值可分别达到几十皮法，从而干扰宽带信号的非失真传输。然而，在所要求的装置中，栅漏电容被第二OA151的输出电阻短路，而漏极-源极电容的影响则被从第二晶体管153的源极193经由第二OA151的第一输入端o169及其输出端165到第二晶体管153的栅极181的反馈电路中和。因此，输出信号的增长率很高。
有鉴于此，与任何其他设计不同，图2a所示结构可确保大幅拓宽信号传输单电源装置的动态范围，同时提供输出信号的高增长率，从而实现所要求的技术成果。
在图2a中对输出电流设定器155进行了概括性描述，可以理解的是，它可以以多种方式实现。图6显示了拟议设备中用于稳流器105的输出电流设定器155的一种可能的实施方案。其工作原理如下。
当电源电压E加到输出电流设定器155的第一端子171时，输出电流设定器155的串联电阻605和613中开始有直流电流流过，电流值为：
i3＝E/(R605+R613) (13)；
其中R605和R613分别为输出电流设定器155的第一电阻605和第二电阻613的额定电阻值。
因此，在输出电流设定器155的第二个端子173上会出现电压U0，其值等于电流I3在输出电流设定器155的第二个电阻613上产生的压降：
U0＝E*R613/(R605+R613) (14)；
利用关系式(10)，可以得出，在输出电流设定器155如图6所示配置的情况下，流经电流稳定器105的将是稳定的直流电流：
I0＝U0/Rm＝E*(R613/(R605+R613))/Rm (15)；
根据需要选择E、R605、R613和Rm的值，总能获得所需的值。因此，图6所示的输出电流设定器155可确保图2a的电流稳定器和所建议的设备的性能。
然而，输出电压U0对电源电压E值的依赖性可能不稳定，这似乎是图6示意图的一个缺点。
图7显示了拟议设备中电流稳定器105的电流设定器155的另一种可能实施方案，该方案具有较高的电压U0稳定性。其工作原理如下。
当电源电压E加到输出电流设定器155的第一端171时，直流电I4开始流过串联的场效应管703和输出电流设定器155的第一、707和第二设定电阻器713。根据场效应管的特性，如果输出电流设定器155的场效应管703的端子741(漏极)和743(源极)之间的漏极-源极电压超过截止电压(场效应管的特性参数)，则这些端子之间的电流I4与漏极-源极电压无关，仅由场效应管的特性和栅极-源极电压决定。输出电流设定器155的场效应管703的端子731和743之间的栅源电压由第一电阻707上的压降决定，等于I4*R707。同时，压降：
U0＝I4*R713 (16)；
其中R707和R713是输出电流设定器155的第一和第二电阻器的额定电阻值。
该电压U0与电源电压E无关，流入输出电流调整器155的第二个端子173。利用关系式(10)，可以得出，在输出电流设定器155如图7所示配置的情况下，流经稳流器105的将是稳定的直流电流：
I0＝U0/Rm＝I4*R713/Rm (17)；
根据需要选择场效应管703以及R713和Rm的值，总能获得所需的I0值。因此，图7所示的输出电流设定器155可确保稳流器105和拟议设备的整体可操作性，电压U0以及稳流器105的电流I0的稳定性大大高于图6中的示意图，因为场效应管703的电流I3比电源电压E稳定得多。
图8显示了拟议设备中稳流器105的输出电流设定器155的第三种可能实施例的示意图，该实施例具有先进的电压U0稳定性，其工作方式如下。
当电源电压E加到输出电流设定器155的第一端子171时，直流电开始流经输出电流设定器155的第一、第二和第三串联电阻805、807和813。流过第一设定器电阻805的直流电流I5等于：
I5＝(E-Vd)/R805 (18)；
其中，Vd是输出电流设定器155的基准电压源端子801的端子835和端子837之间的电压，流过第二设定器电阻器807和第三设定器电阻器813的电流是：
I6＝Vd/(R807+R813) (19)；
因此，电压U0出现在第三电阻器813的第一端子843上，并相应地出现在输出电流设定器155的第二端子173上。U0与电源电压E无关，其值等于I3在输出电流设定器155的第三电阻813上引起的压降：
U0＝Vd*R813/(R807+R813) (20)；
利用关系式(10)，可以得出，在输出电流设定器155如图8所示配置的情况下，流经电流稳定器105的将是直流电流：
I0＝U0/Rm＝Vd*(R813/(R807+R813))/Rm (21)；
根据需要选择E、R813、R807和Rm的值，总能确保I0的所需值。因此，图8所示的输出电压设定器155使稳流器105和所建议的设备具有可操作性。由于基准电压源801的端子835和837之间的电压Vd比电源电压E稳定得多，因此电压U0以及稳流器105电流I0的稳定性比图6示意图中的要高得多。
有鉴于此，图9a-9f中的图表说明了实现所要求的技术成果。图中显示了：
输入不失真信号901看起来像正弦波，其最小值为零；
现有技术设计的实际振幅响应902在初始区域基本上是非线性的，导致"接近于零"信号失真；
拟议设计的振幅响应903接近线性，从而有助于减少"接近于零"信号的失真；
现有技术设计中的输出信号904由于正弦波在小幅值范围内变平而失真；以及
在拟议设计中，输出信号905在小幅范围内的失真度大大降低，从而可以拓宽单电源信号传输装置的动态范围。
此外，由于采用了A类放大模式，因此也不存在非线性失真，而非线性失真是现有技术(包括采用AB放大模式的原型)所特有的。
以上所讨论的实施例并不限制所提出和要求的设备的范围。不言而喻，与特定元件硬件有关的各种实施方案都是可行的。例如，上述讨论的由电阻器443和445形成的第一分压器、由电阻器549和547形成的第二分压器、由电阻器605和613形成的第三分压器、由电阻器707和713形成的第四分压器、由电阻器805、807和813形成的第五分压器--从图4、图5、图6、图7、图8和图9中可以看出。图4、图5、图6、图7和图8中的电阻器805、电阻器807和电阻器813构成的第五分压器，以及电阻器443和电阻器545构成的第六分压器(图5)，都可以是电阻分压器，也可以是由串联的晶体管构成的分压器，或以其他任何方式在分压器的中点提供所需的电压。此外，上述电阻器中的任何一个都可以做成具有优选有源电阻的元件。例如，与其他元件隔离的半导体层可以代表集成电路中的电阻器。
同样，OA集成电路，如OPA189、OPA365等，也可用作OA101和151(如图2a)。集成电路的关键参数如下OPEN-LOOP增益(负载为10千欧时)不小于100dB；增益-带宽乘积不小于1MHz；可接受的最小输入信号必须比中性母线电位低0.1V，而零偏移必须比最小输出电压Uout低数倍。晶体管103、153可以使用BSS83、RU1C001UN、FDN028N20等场效应管。在这种情况下，第一个控制电极是栅极，第二个电极是漏极，第三个电极是源极。晶体管103的关键参数是：漏极电流I0不小于100mA，栅极-源极电压必须超过OA101的最小输出电压。对于晶体管153，RDS(导通)必须不超过几百毫欧。对于这两个晶体管，寄生电容必须最小。此外，还可以使用其他类型的晶体管，如双极晶体管。在这种情况下，第一个控制电极为基极，第二个电极为集电极，第三个电极为发射极。在晶体管703(图7)的功能中，只能使用场效应管，如BSS83、RU1C001UN等。根据FET的参数选择FET时，关键因素是漏极至源极电压必须大于截止电压。在电流设定器155(图2a)的功能中，除了图6-8所示的结构外，还可以使用能够产生稳定电压U0、设定电流稳定器105的直流电流I0的其他原理图。
除非另有特别说明，上文讨论的某些元件的部分可以与其他元件的部分不同、重叠或完全重合。此外，除非特别提到，某些元件的部分可以位于其他元件的不同部分中。在指出某一元件与另一元件"连接"时，应理解为该元件可以与另一元件"直接连接"或通过第三元件与另一元件"电连接"。例如，可以在OA101和晶体管103之间设置去耦电阻或匹配级。电流稳定器105中第二OA151和第二晶体管153的连接也是如此。此外，除非另有说明，"包括"及其派生词，如"包括"，应理解为存在所述元件，而不是不存在任何其他元件。
所要求的装置可以是一个集成电路，或一个集成电路组件，或一个带有107、109、127、135端子的微型电路板。此外，还可以将本发明的装置制成一个集成电路，或一个集成电路组件，或一个带有端子107、109、119、127、129、135、167的微型电路板，在该电路板上连接一个集成电路，或一个集成电路组件，或一个带有端子121、123、125、171、173、177的微型电路板。同样，所要求的装置也可以制成一个OA集成电路，或一个集成电路组件，或一个带有端子111、113、115、117、119、131、133、167的微型电路板，与之连接的是一个集成电路，或一个集成电路组件，或一个带有端子121、123、125、137、139、141、171、173、177的微型电路板。分解装置的其他方案也同样可行，所要求的装置也可以是其他结构或其他集成电路(IC)的一部分。
实验结果
为了证实所声称的技术成果的可实现性，根据图2a的示意图(电压中继器模式)对两个版本的设备进行了电路板实验。在其中一个电路板电路中，集成电路OPA2189被用作OA101和151。在另一个电路中，使用了OPA365集成电路。在这两个电路中，晶体管RU1C001UN和NTNS3C68NZ分别用作晶体管103和153。下表显示了电路板制作的结果。
从表中可以看出，与现有技术相比，本发明所取得的技术成果无疑是大大拓宽了单电源设备的动态范围，同时确保了输出信号的高增长率。
图10显示的是电路板电路1的输入测试电压(图1001)和输出电压(图1002)的振荡图。为了更好地演示，输入测试电压选择了锯齿形。输入电压Uin来自示波器的K3频道，刻度为每平方10毫伏。输出电压Uout在示波器通道K4上显示，刻度相同。从示波器图中可以看出，最小输出信号的失真(锯齿)小于1mV，这证明实现了所要求的技术成果。
根据上述建议和图纸制作的设备可以很好地重复使用。
本发明是根据目前认为可行的各种实施方案进行描述的。但应注意的是，本发明并不因此而受到限制。恰恰相反，本发明的目的是在符合下述权利要求的思想、精神和范围的各种修改和等效实施方案中进行操作。例如，该装置具有更宽的动态范围和单电源操作，可用作高灵敏度高阻抗传感器的信号缓冲器、ADC的输入级和DAC的输出级(包括其集成电路版本)、小信号检测器以及许多其他应用。因此，本发明的描述和附图只是说明性的，并不限制本发明的可实施性。

Claims (17)

1.一种用于信号传输的单电源装置(100)，包括一个第一运算放大器(101)、一个第二运算放大器(151)、一个第一晶体管(103)、一个第二晶体管(153)和一个电阻器(157)，第一运算放大器(101)的输出端(119)连接到第一晶体管(103)的第一电极的端子(121)、第一运算放大器(101)的非反相输入端(115)连接到设备(100)用于接收输入信号的端子(109)，第二运算放大器(151)的输出端(165)连接到第二晶体管(153)的第一电极的端子(181)，第二晶体管(153)的第三电极的端子(193)连接到第二运算放大器(151)的反相输入端(169)和电阻器(157)的端子(187)，其特征在于：
设备(100)具有反馈电路(143)和输出电流设定器(155)，第一晶体管(103)，第三电极的端子(123)和第二晶体管(153)第二电极的端子(191)的交界点连接到反馈电路(143)的第一端子(137)上，用于连接负载、反馈电路(143)的第二端子(139)连接到第一运算放大器(101)的反相输入端(117)，输出电流设定器(155)的输出端(173)连接到第二运算放大器(151)的非反相输入端(167)，从而确保拓宽设备的动态范围，提高输出信号的增长率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反馈电路(143)做成导线状。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反馈电路(143)包括第一分压器(443；445)，分压器(443；445)的第一元件(443)连接在反馈电路(143)的第一端子(137)和第二端子(139)之间，分压器(443；445)的第二元件(445)连接在反馈电路(143)的第二端子(139)和第三端子(141)之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该装置还包括一个第二分压器(547；549)放置在设备的第一端子(109)和第一运算放大器(101)的非反相输入端(115)之间，还包括一个元件(545)，该元件最好具有有源电阻，并连接在设备的第二输入端(118)和第一运算放大器(101)的反相输入端(117)之间，反馈电路(143)包括一个元件(443)，该元件最好具有有源电阻，连接在反馈电路(143)的第一端子(137)和第二端子(139)之间。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一(103)和第二(153)晶体管为场效应管，第一和第二晶体管的第一电极与端子(121)和(181)分别为栅极，第一和第二晶体管的第二电极与端子(125)和(191)分别为漏极。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一(103)和第二(153)晶体管为双极型，第一和第二晶体管的第一电极与端子(121)和(181)分别为基极，第一和第二晶体管的第二电极与端子(125)和(191)分别为集电极。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，输出电流设定器(155)包括第三分压器(605；613)，第三分压器(605；613)的第一元件(605)的第一端子(621)连接到输出电流设定器(155)的第一端子(171)，第三分压器(605)的第一元件(605)和第二元件(613)的交界点(605；613)的第二端子(173)连接到输出电流设定器(155)，第三分压器(605；613)的第二元件(613)的第二端子(629)连接到输出电流设定器(155)的第三端子(177)。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，输出电流设定器(155)包括场效应管(703)和第四分压器(707；713)，场效应管(703)漏极的端子(741)连接到输出电流设定器(155)的第一端子(171)，场效应管(703)源极的端子(743)连接到第四分压器(707)的第一元件(707)的第一端子(737)，场效应管(703)栅极的端子(731)连接到第四分压器(707)的第一元件(707)和第二元件(713)的交界点；713)的第一元件(707)的第一端子(737)，场效应管(703)栅极的端子(731)连接到第四分压器(707；713)的第一元件(707)和第二元件(713)的结点以及输出电流设定器(155)的第二端子(173)，第四分压器(707；713)的第二元件(713)的第二端子(727)连接到输出电流设定器(155)的第三端子(177)。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，输出电流设定器(155)包括基准电压源(801)和第五分压器(805；807；813)，第五分压器(805；807.813)的第一元件(805)的第一端子(831)连接到输出电流设定器(155)的第二端子(177)上；813)的第一端子(831)与输出电流设定器(155)的第一端子(171)连接，第五分压器(805；807；813)的第一元件(805)的第二端子(833)与基准电压源(801)的第一端子(835)连接，第五分压器(805；807；813)的第二元件(807)的第一端子(839)与基准电压源(801)的第一端子(835)连接，第五分压器(805；807；813)的第二元件(807)的第二端子(839)与基准电压源(801)的第一端子(835)连接；807；813)的第二元件(807)的第二端子(841)连接到输出电流设定器(155)的第二端子(173)，并连接到第五分压器(805；807；813)的第三元件(813)的第一端子(843)；805；807；813)的第三元件(813)的第二端子(845)连接到输出电流设定器(155)的第三端子(177)和基准电压源(801)的第二端子(837)。
10.一种用于信号传输的单电源集成电路(IC)(200)，包括第一运算放大器(101)、第二运算放大器(151)、第一晶体管(103)、第二晶体管(153)和电阻器(157)，第一运算放大器(101)的输出端(119)与第一晶体管(103)的第一电极的端子(121)相连、第一运算放大器(101)的非反相输入端(115)连接到集成电路(200)用于接收输入信号的端子(109)，第二运算放大器(151)的输出端(165)连接到第二晶体管(153)的第一电极的端子(181)，第二晶体管(153)的第三电极的端子(193)连接到第二运算放大器(151)的反相输入端(169)和电阻器(157)的端子(187)，其特征在于：
集成电路(200)中第一晶体管(103)的第三电极的端子(123)与第二晶体管(153)的第二电极的端子(191)相连，其结点与预留用于连接负载的端子(135)相连，从而确保拓宽集成电路的动态范围，提高输出信号的增长率。
11.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，所述端子(135)还预留用于连接外部反馈电路(143)的第一端子。
12.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，该集成电路具有与第一运算放大器(101)的反相输入端(117)相连的附加端子(118)，并预留用于连接外部反馈电路(143)的第二端子。
13.根据权利要求12所述的集成电路，其特征在于，附加端子(118)预留用于接收第二输入信号。
14.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，进一步配备有输出电流设定器(155)，该设定器包括第三分压器(605；613)，第三分压器(605.613)的第一元件(605)的第一端子(621)连接至外部反馈电路(143)的第一端子(621)；613)的第一端子(621)连接到输出电流设定器(155)的第一端子(171)，第三分压器(605；613)的第一元件(605)和第二元件(613)的交界点连接到输出电流设定器(155)的第二端子(173)，第三分压器(605；613)的第二元件(613)的第二端子(629)连接到输出电流设定器(155)的第三端子(177)。
15.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，它进一步配备了一个输出电流设定器(155)，该电流设定器(155)包括一个场效应管(703)和一个第四分压器(707；713)，场效应管(703)漏极的一个端子(741)连接到输出电流设定器(155)的第一端子(171)，场效应管(703)源极的一个端子(743)连接到第四分压器(707.713)的第一元件(707)的第一端子(737)，场效应管(703)栅极的一个端子(731)连接到第四分压器(707.713)的第一元件(707)和第二元件(713)的结点；713)的第一元件(707)的第一端子(737)连接，场效应晶体管(703)栅极的端子(731)连接到第四分压器(707；713)的第一元件(707)和第二元件(713)的交界点，并连接到输出电流设定器(155)的第二端子(173)上，第四分压器(707；713)的第二元件(713)的第二端子(727)连接到输出电流设定器(155)的第二端子(173)上；713)的第二端子(727)连接到输出电流设定器(155)的第三端子(177)，输出电流设定器(155)的输出端(173)连接到第二运算放大器(151)的非反相输入端(167)。
16.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，进一步配备有输出电流设定器(155)，包括基准电压源(801)和第五分压器(805、807、813)，第五分压器(805；807；813)的第一端子(831)连接到输出电流设定器(155)的第一端子(171)，第五分压器(805；807；813)的第一元件(805)的第二端子(833)连接到输出电流设定器(155)的第一端子(171)；813)的第二端子(833)连接到基准电压源(801)的第一端子(835)，第五分压器(805；807；813)的第二元件(807)的第一端子(839)连接到第五分压器(805)的第一元件(805)的第二端子(833)；807；813)的第一元件(805)的第二端子(833)连接，第五分压器(805；807；813)的第二元件(807)的第二端子(841)连接到输出电流设定器(155)的第二端子(173)和第五分压器(805；807；813)的第三元件(813)的第一端子(843)，第五分压器(805；807；813)的第三元件(813)的第二端子(845)连接到输出电流设定器(155)的第二端子(173)和第五分压器(805；807；813)的第三元件(813)的第一端子(843)；807；813)的第三端子(177)和基准电压源(801)的第二端子(837)相连，输出电流设定器(155)的第二端子(173)与第二运算放大器(151)的非反相输入端(167)相连。
17.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，它具有一个额外
的端子(163)，该端子与第二运算放大器(151)的反相输入端(167)相连，
并预留用于连接外部电流设定器。
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