CN216056947U - 一种运放电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种运放电路，包括：差分放大级、驱动级、电流检测模块及电流调整模块；其中，电流检测模块及电流调整模块均采用电流镜像电路；差分放大级的输入端与外部差分信号连接，输出端与驱动级的输入端连接，驱动级的输出端与差分放大级的反相输入端连接；驱动级的输出端还分别与电流检测模块的偏置电压输入端及电流调整模块的输出端连接，电流检测模块的输入端与后端的负载电路的输入端连接，电流检测模块的输出端与电流调整模块的输入端连接。本实用新型增加了控制环路，提高了控制环路的带宽和运放电路的瞬态响应能力，实现了驱动级的快速响应；同时，电流镜像电路的功耗随着负载增加而增加，在低负载情况下，能够极大的节省功耗。

Description

一种运放电路

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器技术领域，特别是涉及一种运放电路。

背景技术

请参阅图1和图2，传统结构的两级运放电路一般采用差分放大级和驱动级对输入的差分信号进行放大。采用这种结构，运放电路输出端的电流驱动能力全部由驱动级来提供，但是驱动级的带宽有限，对大功率负载具有有限的跟踪能力。

而在快速响应的应用场景中，通常需要驱动级有强大的电流驱动能力，因此，为了提高负载响应速率，满足对于带宽和功率的要求，需要增大驱动级面积，从而导致驱动级MOS管的尺寸会变得非常的大，进而也导致驱动级的功耗也大幅增加，造成资源浪费的问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种运放电路，用于解决现有技术中对驱动级对大功率负载的跟踪能力有限，导致驱动级的尺寸和功耗都较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种运放电路，包括：差分放大级、驱动级、电流检测模块及电流调整模块；其中，所述电流检测模块及所述电流调整模块均采用电流镜像电路；

所述差分放大级的输入端与外部差分信号连接，输出端与所述驱动级的输入端连接，所述驱动级的输出端与所述差分放大级的反相输入端连接；

所述驱动级的输出端还分别与所述电流检测模块的偏置电压输入端及所述电流调整模块的输出端连接，所述电流检测模块的输入端与后端的负载电路的输入端连接，所述电流检测模块的输出端与所述电流调整模块的输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述电流镜像电路的放大比例为1:1。

于本实用新型的一实施例中，所述电流检测模块包括第一电流镜单元，

所述第一电流镜单元的偏置电压输入端与所述驱动级的输出端连接；

所述第一电流镜单元的输入端与后端的负载电路的输入端连接；

所述第一电流镜单元的输出端与所述电流调整模块的输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第一电流镜单元采用N型MOS管。

于本实用新型的一实施例中，所述电流调整模块包括第二电流镜单元及第三电流镜单元；

所述第二电流镜单元的输入端与所述第一电流镜单元的输出端连接，所述第二电流镜单元的输出端与所述第三电流镜单元的输入端连接，所述第三电流镜单元的输出端与所述驱动级的输出端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第二电流镜单元采用P型MOS管，所述第三电流镜单元采用N型MOS管。

如上所述，本实用新型的一种运放电路，具有以下有益效果：

本实用新型在现有运放结构的电压反馈基础上，在运放电路的输出端额外增加了控制环路，通过电流检测模块实时检测外接负载电路的电流变化，通过电流调整模块实时输出一个等比例反方向的电流来抵消负载电流的变化，使得控制环路的带宽显著提高，从而提高了运放电路的瞬态响应能力，从而实现有限功率的驱动级的快速响应；同时，由于电流镜像电路的功耗是随着负载增加而增加的，在低负载情况下，能够极大的节省功耗。因此，本实用新型的运放电路不仅满足低功耗的特点，同时还具有快速负载响应的特性，具有较好的经济效益及社会效益。

附图说明

图1显示为现有技术中公开的两级运放电路的结构框图。

图2显示为现有技术中公开的两级运放电路的接线示意图。

图3显示为本实用新型实施例中公开的整体结构框图。

图4显示为本实用新型实施例中公开的一种运放电路的接线示意图。

图5显示为本实用新型实施例中公开的另一种运放电路的接线示意图。

图6显示为本实用新型实施例中公开的传统结构和本实用新型对于冲击响应的波形对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图3，本实用新型提供一种运放电路，包括差分放大级、驱动级、电流检测模块及电流调整模块。

差分放大级，用于对外部输入的差分信号进行信号放大。

驱动级，用于对经信号放大的差分信号进行功率放大；驱动级的输出端与差分放大级的反相输入端连接，对驱动级的输出电压进行负反馈控制。

电流检测模块，用于对后端的负载电路的电流变化进行检测，电流检测模块串接在驱动级与后端的负载电路之间。

电流调整模块，用于根据负载电路的电流变化，输出一个等比例反方向的电流来抵消负载电路的电流变化；电流调整模块的输入端与电流检测模块的输出端连接，电流调整模块的输出端与驱动级的输出端连接。

需要说明的是，本实用新型的电流检测模块和电流调整模块均为电流镜像电路，且电流放大的比例为1:1。采用等比例放大的方式，可以利用很低的功耗实现高带宽，本实用新型的运放电路的精度仍然由传统结构的差分放大级来决定，从而利用了不同电路的特点，分别实现了精度与功耗和速度的折中，实现了低功耗高带宽的设计。

电流检测模块包括第一电流镜单元，第一电流镜单元的偏置电压由驱动级的输出端提供，第一电流镜单元的输入端与后端的负载电路的输入端连接，输出端与电流调整模块的输入端连接。

电流调整模块包括第二电流镜单元和第三电流镜单元，第二电流镜单元的输入端与第一电流镜单元的输出端连接，第二电流镜单元的输出端与第三电流镜单元的输入端连接，第三电流镜单元的输出端与驱动级的输出端连接。

请参阅图4，图4所示电路为本实用新型的一种实施方式。

INP和INN分别为差分电压输入信号，INP电压信号经过MOS1管放大后，产生放大电压Vo1；INN电压信号经过MOS2管放大后，产生放大电压Vo2。

放大电压Vo1和放大电压Vo2即为驱动级的输入电压Vi3，电压Vi3经过MOS3管的电流驱动后，产生电压Vo3，电压Vo3作为电流检测模块的偏置电压，接入电流检测模块的源极。

电流检测模块包括MOS4管和MOS5管，本实施方式中，MOS4管和MOS5管组成电流镜电路，MOS4管和MOS5管采用N型MOS管。

MOS4管和MOS5管的栅极、MOS5管的漏极与后端的负载电路的输入端连接，当负载电路的负载电流I1变化时，MOS5管的电流会相应变化，MOS4管和MOS5管组成电流镜电路，MOS4管输出等比例于负载电流变化的电流I2。

电流调整模块包括MOS6管、MOS7管、MOS8管及MOS9管；其中，MOS6管和MOS7管组成电流镜电路，MOS6管和MOS7管采用P型MOS管；MOS8管和MOS9管组成电流镜电路，MOS8管和MOS9管采用N型MOS管。

MOS4管输出的等比例于负载电流变化的电流I2流入MOS6管，MOS7管流出正比于电流I2的电流I2’，电流I2’流入MOS8管，MOS9管输出电流正比于电流I2’的电流I3，最终I3与负载电流I1的大小和方向完全相同，从而实现对于负载电流的跟踪。

由于整个回路只有电流镜像回路，因为带宽很宽，极大的提高了运放整体负载电流响应速度。

请参阅图5，图5所示电路为本实用新型的另一种实施方式，图5所示电路是在图4所示电路的基础上进行了改进，主要改进之处在于：电流检测模块还包括运放器A。

INP和INN分别为差分电压输入信号，INP电压信号经过MOS1管放大后，产生放大电压Vo1；INN电压信号经过MOS2管放大后，产生放大电压Vo2。

放大电压Vo1和放大电压Vo2即为驱动级的输入电压Vi3，电压Vi3经过MOS3管的电流驱动后，产生电压Vo3，电压Vo3作为电流检测模块的偏置电压，接入电流检测模块的源极。

电流检测模块包括MOS4管、MOS5管、MOS10管和运放器A，本实施方式中，MOS4管和MOS5管组成电流镜电路，MOS4管和MOS5管采用N型MOS管。

MOS4管和MOS5管的栅极接地、MOS5管的漏极和运放器A的同相输入端与后端的负载电路的输入端连接，MOS4管的漏极与运放器A的反相输入端和MOS10管的源极连接，运放器A的输出端与MOS10管的栅极连接，MOS10管的漏极与电流调整模块的输入端连接。

当负载电路的负载电流I1变化时，MOS5管的电流会相应变化，MOS4管和MOS5管组成电流镜电路，MOS4管和MOS5管的栅极接地，工作在线性区，MOS4管输出等比例于负载电流变化的电流I2。

电流调整模块包括MOS6管、MOS7管、MOS8管及MOS9管；其中，MOS6管和MOS7管组成电流镜电路，MOS6管和MOS7管采用P型MOS管；MOS8管和MOS9管组成电流镜电路，MOS8管和MOS9管采用N型MOS管。

MOS4管输出的等比例于负载电流变化的电流I2流入MOS6管，MOS7管流出正比于电流I2的电流I2’，电流I2’流入MOS8管，MOS9管输出电流正比于电流I2’的电流I3，最终I3与负载电流I1的大小和方向完全相同，从而实现对于负载电流的跟踪。

由于整个回路只有电流镜像回路，因为带宽很宽，极大的提高了运放整体负载电流响应速度。

请查阅图6，图6所示为本实用新型方案和传统结构的两级运放对于冲击响应的波形的对比，信号1为传统结构对于冲击响应的输出波形，信号2为本实用新型对于冲击响应的输出波形，从图6可看出，本实用新型对于冲击响应的输出，从震荡幅度和稳定速度都有很大的改善。

需要说明的是，本实用新型的运放电路中所采用的元器件的型号，应根据输入的差分信号的大小及放大比例进行选择，本实用新型对各元器件的具体型号不做限定。

综上所述，本实用新型的一种运放电路，在现有运放结构的电压反馈基础上，在运放电路的输出端额外增加了控制环路，通过电流检测模块实时检测外接负载电路的电流变化，通过电流调整模块实时输出一个等比例反方向的电流来抵消负载电流的变化，使得控制环路的带宽显著提高，从而提高了运放电路的瞬态响应能力，从而实现有限功率的驱动级的快速响应；同时，由于电流镜像电路的功耗是随着负载增加而增加的，在低负载情况下，能够极大的节省功耗。因此，本实用新型的运放电路不仅满足低功耗的特点，同时还具有快速负载响应的特性，具有较好的经济效益及社会效益。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种运放电路，其特征在于，包括：差分放大级、驱动级、电流检测模块及电流调整模块；

其中，所述电流检测模块及所述电流调整模块均采用电流镜像电路；

所述差分放大级的输入端与外部差分信号连接，输出端与所述驱动级的输入端连接，所述驱动级的输出端与所述差分放大级的反相输入端连接；

所述驱动级的输出端还分别与所述电流检测模块的偏置电压输入端及所述电流调整模块的输出端连接，所述电流检测模块的输入端与后端的负载电路的输入端连接，所述电流检测模块的输出端与所述电流调整模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的运放电路，其特征在于：所述电流镜像电路的放大比例为1:1。

3.根据权利要求2所述的运放电路，其特征在于：所述电流检测模块包括第一电流镜单元，所述第一电流镜单元的偏置电压输入端与所述驱动级的输出端连接；

所述第一电流镜单元的输入端与后端的负载电路的输入端连接；

所述第一电流镜单元的输出端与所述电流调整模块的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的运放电路，其特征在于：所述第一电流镜单元采用N型MOS管。

5.根据权利要求3所述的运放电路，其特征在于：所述电流调整模块包括第二电流镜单元及第三电流镜单元；

所述第二电流镜单元的输入端与所述第一电流镜单元的输出端连接，所述第二电流镜单元的输出端与所述第三电流镜单元的输入端连接，所述第三电流镜单元的输出端与所述驱动级的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的运放电路，其特征在于：所述第二电流镜单元采用P型MOS管，所述第三电流镜单元采用N型MOS管。

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