TWI359561B - Class ab operation amplifier circuit - Google Patents

Description

1359561 NVT-2007-090 26563tvvf.doc/p 九、發明說明： 【發明所屬之技術領蟑】 本發明是有關於一種AB類運算放大器電路，且特別 是有關於一種增強驅動能力的AB類運算放大器電路。 【先前技術】 AB類運异放大器（c丨ass ab operation amplifier)在積體 • 電路設計中扮演著相當重要的角色，其廣泛的應用在高傳 真的立體音響設備(high-fidelity stereo equipment)、微電腦 及其他電子設備。AB類運算放大器的功用為增加輸出信 號功率，以驅動負載或者下一級電路。 圖1繪示為傳統AB類運算放大器1〇〇之電路圖。請 參考圖1，此傳統AB類運算放大器1〇〇包括輸入級、 偏壓電路120及互補式輸出級13〇，而互補式輸出級13〇 卜接負載140。其中，輸入級no包括n型場效電晶體 111-1與111-2、p型場效電晶體ln_3與11M以及電流 ^ 141_1、141-2。偏壓電路120包括P型場效電晶體12M、 型場效電晶體121-3、13M以及浮動式電流源 、·、孓2。互補式輸出級130包括p型場效電晶體1314 以及N型場效電晶體131-2。 ln 2 的輸入級110中，N型場效電晶體11M與 對，這P型場效電晶體121-1、121-2各自形成差動輸入-们Uf差動輪入對除了接收輸入信號^，更接收輪出 、 剧出的輪出信號V〇 ,形成一個回授電路。 5 1359561 NVT-2007-090 26563twf.doc/p 當互補式輸出級13〇需要提供大電流給負載i4〇時， 此AB類運算放大器議會利用偏壓電路m中的偏壓點 Va’使得P型場效電晶體叫的源極朗級有較大的壓 ί 提供較大的電流給負載14G。當互補式輸出級130 而要自負載140抽回較大的電流時，此AB類運 100會利用偏壓魏U0中的偏壓點Vb，使得N型場效 晶體131-2的源極與閘級有較大的壓差，進而 抽回較大的電流。 、 ⑶較難拉至全壓，因此P型場效電晶體 131-1較難相料所能提供給貞们4() 流，而N型場效電晶體131_2也較難達到本身所能』 電流’所以傳統AB類運算放大‘議的 【發明内容】 本發明之範例提出—種AB類運算放大器 ^個壓差調整器來調控其互補式輪出級，使得直互 補式輸出絲雜㈣大㈣祕外細 白、 接的負載抽回較大的電流。 、s 有第之ί例提出—種AB類運算放大器電路，其具 輸出第二電壓，此ΛΒ 算 第4用以 入對、偏愿雷攸' *電路包括第-差動輪 對耦接於第一盥第-踹，第一差動輸入 Ί一& ’具有第二與第四端。偏壓電路， 1359561 NVT-2007-090 26563twf.doc/p ，接於第-差祕M，包括第—壓 於偏厂堅電路，包括彼此串接的第-ρ = 間。其中，第一壓差型與第-Ν型電晶體之 之門1 Li 器耗接於第三端與互補式輸出級 根據第-與第二電壓的大小來 -與二二二 用以輪出第 據第-r二電流產生第並根 本發明因加入第—壓差 壓差調整器產生第—壓差，此第一路’並於第-出級的輸出電流大小，與傳統的二運輸 流類運算放大器可以輸出：大的電 舉實ί特徵和優點能更，下文特 牛實&例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 的電=Α為=1本發明實施例之ΑΒ類運算放大器2〇〇α ％ ’此ΑΒ類運算放大器麗包括 輸入級i Π)包括N型場效電曰及體互;輪出級130。其中， N型場效電晶㈣-3= = = 以及壓差調整器】23-卜互補弋浐出::源122小122·2 反補式輸出級130包括p型場效 NVT-2007-090 26563t\vf.doc/p 電晶體131-1以及N型場效電晶體131-2。其中，壓差調 整器123-1可以是阻值調變器。 請繼續參照圖2A，在輸入級110中，N型場效電晶 體111-1、111-2構成差動輸入對，N型場效電晶體ιιυ、 111-2的閘極分別接收輸入信號Vi與輸出信號Vo，N型場 效電晶體111-1、1]1-2的源極耦接至電流源14M，電流 源141-1的另一端接地。n型場效電晶體ιιυ、的 汲極更輪出電流II、12。 在偏壓電路120中，P型場效電晶體ι21-1與121_2 構成P型電流鏡，P型場效電晶體12M與121_2的源極 皆耦接至電源端VDD，P型場效電晶體12M與12ι_2的 閘級搞接至P型場效電晶體121-1的沒極，p型場效電晶

體12M的汲極耦接至浮動式電流源的輸入端與N 型場效電晶體丨1】-丨的汲極，P型場效電晶體121_2的汲極 搞接阻值調變器，的其中一端(接點Val^N型場效 電晶體111-2的汲極。阻值調變器的另一

Va)麵接至互補式輸出級13〇與浮動式電流源122_2的輸入 端。 ,N型場效電晶體121-3與131-4構成N型電流鏡，N =效電晶體⑵-3與131-4構成N型電流鏡的源極減 地，N型場效電晶體121_3與13M構成^^型電流鏡 曰巧極耦接至对型-場效電晶體121-3的汲極，N型場效電…-=體121-3的汲極更耦接至浮動式電流源的輸出 翊而N型％效電晶體121_4的沒極輕接至互補式輸出級 1359561 NVT-2007-090 26563twf.doc/p 130與浮動式電流源122-2的輸出端(偏壓點Vb)。 在互補式輸出級130中，則是由P型場效電晶體131-1 以及N型場效電晶體131-2串接成AB類放大器。P型場 效電晶體131-1耦接至電源端VDD，N型場效電晶體131-2 的源極耦接至接地。P型場效電晶體131-1與N型場效電 晶體131-2的汲極彼此耦接並輸出輸出信號v〇。互補式輸 出級耦接於外接的負載140，負載140的其中一端接收輸 出信號Vo，負載140的另一端為接地。p型場效電晶體 131-1的閘極麵接至偏壓點va，N型場效電晶體131-2的 閘極耦接至偏壓點Vb。 AB類運算放大器200A之整體操作敘述如下，輸入級 110在接收輸入信號Vi及輸出信號Vo後送出電流II、12, 若輸出信號Vo小於輸入信號Vi時，則電流12小於電流 II，反之亦然。接著，阻值調變器會根據n、12的電流調 整阻值的大小’且其中一端(偏壓點Va)的電壓可控制互補 式輸出級130中P型場效電晶體13M的電流輸出大小。 當電流12小於電流II時(即輸出信號v〇小於輸入信 號Vi)，阻值調變器123-1的電阻值變大。藉此，阻值調變 器123-1兩端的電壓差亦隨著增加，使得偏壓點Va的電壓 值可以掉到較低的電壓值，理想上可降至最低電壓，如此 一來，P型場效電晶體13M的源極與閘極的電壓差可達 到最大，能迅速提供給負-載14〇的最大電流。 此外，輸入級]10亦可耦接至偏壓電路12〇的N型電 流鏡，如圖2IB所示。圖為依據本發明實施例之AB類 1359561 NVT-2007-090 26563twf.doc/p 運算放大器200B的電路圖。AB類運算放大器200B包括 輸入級110、偏壓電路丨扣、互補式輸出級13〇以及負載 14〇。其中，輸入級110包括P型場效電晶體U1_3、lu_4 及電流源141-2。偏壓電路i2〇包括p型場效電晶體12M、 121_2、N型場效電晶體d-3、131-4、浮動式電流源122-1、 1=2 2以及壓差調整器123 2。互補式輸出級13〇包括p型 %效電晶體131_]以及N型場效電晶體131-2。其中，壓 Φ 差S周整器123-2可以是阻值調變器。 π Μ續參照圖2B，在輸入級11〇中，p型場效電晶體 Ul_3、111-4構成差動輸入對’Ρ型場效電晶體111-3、111-4 閘極分稱收輸人信號Vi與輸出信號ν。，p型場效電 日曰體111-3、111-4的源極耦接至電流源141·2，電流源141_2 的另—端接至電源端VDE)。Ρ型場效電晶體ΐη·3、lu_4 的没極更輪出電流13、14。 在偏屋電路120中，P型場效電晶體121_丨與121_2、 _ N型場效電晶體1213與131_4以及浮動式電流源 與122-2在功能上相同與圖2A，故不贅述。而相異處在於 =值5周變夯123-〗的位置移至浮動式電流源122_2的輸出 端為阻值調變器123-2,其兩端分別柄接至浮動式電流源 122-2的輸出端(偏壓點Vb)與p型場效電晶體121_4(接點 Vbl)。此外，在輸入級11〇中，N型場效電晶體丨“-斗所 產生的電流13流向N型場效電晶體12ι_4，p型場效電晶 體111-3所產生的電流14流向N型場效電晶體121_3。在 互補式輸出級130中，p型場效電晶體13M以及N型場 10 NVT-2007-090 26563lwf.doc/p 效電晶體131-2在功能上相同與圖2A，故不贅 AB類運算放大器2麵之整體操作敛述如^ 在接收輸入信號Vi及輸出信號v〇後送出 / 2, =輸出信號Vg大於輸人錢Vi時，14 二’二亦然。接著’阻值調變器會根據13、14的電流調 的大小，且其中一端(偏堡點Vb)的電愿可控制互補 式輸出級130的電流輸出大小。 當電流14小於電流13時(即輸出信號v〇大於於輸入 信號Vi)，阻值調變器123_2的電阻值變大。藉此]阻值調 變器丨23-2兩端的電麼差亦隨著增加，使得偏壓點％的 ，壓值可以上升到較高的電壓值，理想上可以達到最高電 壓VDD，如此一來，N型場效電晶體131-2的源極與閘極 的電壓差可達到最大的電壓差，而N型場效電晶體131_2 便能自負載140抽回最大的電流。 而輸入級110更可同時耦接至偏壓電路12〇的p型電 流鏡與N型電流鏡，如圖2C所示。圖2C為依據本發明 實施例之AB類運算放大器200C的電路圖。當輸出^號 V〇小於輸入信號Vi時，阻值調變器^34的電壓差為最 大，而阻值調變器123-2的電壓差為最小。如前所述，此 時將由p型場效電晶體13 Μ提供最大的電流給負載 140,而自負載140回流至Ν型場效電晶體131_2為最小， 使得互補式輸出級Β0-輸出至負·載14〇的電流為最次。反 之，當輸出信號Vo大於輸入信號Vi時，阻值調變器 的電壓差為最大，而阻值調變器123_1的電壓差為最小。 1359561 NVT-2007-090 26563twf.doc/p 如前所述，此時，將由N型場效電晶體131_2自負載14〇 抽回最大的電流，而來自P型場效電晶體13M為最小， 使得互補式輸出級13〇自負載14〇抽回最大的電流。 一此外，壓差調整器123-1亦可以是電晶體，如圖3a =不。圖3A為依據本發明另一實施例之AB類運算放大 益300A的電路圖。其中，電晶體123]關極受控於控 制電壓vs卜且控制電麈VS1可以為定值。電晶體

的及極祕於驗點Va，用以雛p型場效電晶體13M =出電流大小’使得p型場效電晶體131]便能輸出本 身隶大的輸出電流。 山帝差。周整為亦可用來調控N型場效電晶體131-2的輸 大小’如圖3B所示。圖3B為依據本發明另一實施 例之AB類運算故+契貝她 受控於控制修^ ㈣路圖。電晶體123_2的閘 體Γ23-；Γ的、方，且控制電壓VS2可以為定值。電晶 體m-2的輸出；t:偏壓點Vb’用以調❹型場效電晶 能自負請抽:;=料型場效電晶體卿 N型====-雜㈣叫以及 3Γ ~2的輸出電流大小，如圖3C所示。圖 义 5明另〜實施例之ΑΒ類運算 電路圖。當輪出師ν , μ ㈣异放大益獅⑽ 的電壓差·為° 於輸人信號Vi時，電晶體心1 為L。而電晶體—123·2麟極與沒集間電壓會 最大的電流給負S;此時將*p型場效電晶體⑶-1提供 、’’ 40，而自負載140回流至N型場效電 12 1359561 NVT-2007-090 26563twfd〇c/p 晶體131-2為最小’使得互補式輸出級130輸出至負載140 的電流為最大。反之’當輸出信號Vo大於輸入信號vi時， 電晶體123-2的電壓差為最大，而電晶體123-1的電壓差 為最小。如前所述，此時，將由N型場效電晶體131-2自 負載140抽回最大的輸出電流，而來自P型場效電晶體 131-1為最小，使得互補式輸出級130自負載140抽回的 電流為隶大。

另外，上述實施中的AB類放大器300A、300B與300C 的P型場效電晶體123-1與N型場效電晶體123-2不限定 操作區域’可以是飽和區（saturati〇n mode)或是三極管區 (triode mode) ° 乡示上所述’本發明在偏壓電路中加入至少一個壓差調 整器’其輕接於輸入級與輸出級之間。輸入級依據輸入信 號與輸出信號而產生電流，此電流可用來調控壓差調整器 的壓差’以控制輪出級輸出或抽回的電流大小。與傳統的 ^類運算放大器相比，本發明之實施例所提供的AB類運 算放大Θ可以抽回或輪出較大的電流，因此具有較強的驅 動能力。 _本發％已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 ^ Θ 屬技術領域巾具有通常知識者，在不脫離 ^月之知神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此 号月之保護圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 13 1359561 NVT-2007-090 26563twf.doc/p 【圖式簡單說明】 圖1繪示為傳統AB類運算放大器100之電路圖。 圖2A為依據本發明實施例之AB類運算放大器2〇〇A 的電路圖。 圖2B為依據本發明實施例之AB類運算放大器200B 的電路圖。 圖2C為依據本發明實施例之AB類運算放大器200C 的電路圖。 圖3A為依據本發明另一實施例之入丑類運算放大器 300A的電路圖。 圖3B為依據本發明另一實施例之AB類運算放大器 300B的電路圖。 圖3C為依據本發明另一實施例之AB類運算放大器 300C的電路圖。 【主要元件符號說明】 :傳統AB類運算放大器 :輸入級 12〇 :偏壓電路 130:互補式輸出級 140 ‘·負載 111:1' 11Γ-2-、121-3 '121-4、一131-2 : N 型場效電晶- 111-3、111-4、121-卜 12卜2、131-1 : P 型場效電晶 14 1359561 NVT-2007-090 26563twf.doc/p 141-1、141-2 :電流源 122- 1、122-2 :浮動式電流源 123- 1、123-2 :壓差調整器 Va、Vb :偏壓點

Val、Vbl :接點

Vo :輸出端

Vi :輸入端 VDD :電源端 VS1、VS2 :控制電壓

Claims (1)

1359561. \Ψ 100-11-15 十、申請專利範園： h —種ΑΒ類運算放大器電路，具 端，該第一端用以接收一第一電壓，該 第一與第二 第二電壓，包括： 〜端用以輸出一 一第一差動輸入對，耦接於該第一與 第三與第四端，用以根據該第—與第二带〜端，具有一 -第-與第二電流，其中，該第三與該小來決定 出該第一與第二電流； ％分別用以輸 一偏壓電路，耦接於該第一差動輸入 壓差調整器，用以接收該第一盥 、，匕括一第一 與第二電流產生一第一壓差於該第：：壓二:據=一 一互補式輸蚊，_於該偏壓電路，包括彼^ P型與第—N型電晶體之間； 狗冊》玄弟 輸出ί:門該C調整器_於該第三端與該互補式 該第二電流小於該第—電流時，該第-塵 f益所提供的阻值隨著該第二電流的減小而上升。 器電路如:Λ明專=一圍第1項所述之一種ab類運算放大 用以祀〜—塵差調整11是—第—阻值調變器， 用乂根據該第一與第二電壓調變其阻值。 哭㈣如1申/專利耗圍第2項所述之一種ab類運算放大 電=二第^差調整器墟於該第三端與該第 如申-月專利範圍第3項所述之一種AB類運算放大 16 〜乃61 〜乃61

100-6-29 态電路，其中，該第一阻值調變器是— 其閘極耗接於一第一固定電壓。弟< i電日日體， 。。番5·如申請專利範圍第2項所述之—種AB類運算放大 2路’其t，該第-壓差調整轉接於該第三端與該第 N型電晶體之間。 6·如中請專利範圍第5項所述之―種…類運算放大 复p:其中’ S玄第一阻值調變器是一第二N型電晶體， /、閘極耦接於一第二固定電壓。 7.如申請專利範圍第3項所述之—種ab類運 态電路，更包括： 第 第—差動輸入對，耦接於該第一與第二端，1有广 一^與第六端’用以根據該第—與第二電壓的大小來決定 與第四電流，其中，該第五與該第六端分別用以輸 、第二與第四電流； 電格以^驗祕更包括—第二壓差赃11，該偏壓 調^二ί二與第四電流產生—第二壓差於該第二壓差 電壓差織雜接於該第五簡該第一ν型 值坤與。。㈢且該第四電流小於該第三電流時，該第二阻 網支器的阻值隨著該第四電流的減小而上升。Λ 一 器‘如=專=圍第7項所述之一種ΑΒ類運算放大 該i R中，該第二壓差調整技—第二阻值調變器， 值名-阻值調變器用以根據該第_與第二電壓調變其阻 9·如申請專利範圍第8項所述之一種AB類 大 17 1359561

100-6-29 器電路，其中，該第一阻值調變器是一第二P型電晶體， 其閘極耦接於一第一固定電壓；該第二阻值調變器是一第 二N型電晶體，其閘極耦接於一第二固定電壓。 10. 如申請專利範圍第3項所述之一種AB類運算放 大器電路，其中，當該第二電壓下降時，該第一壓差上升。 11. 如申請專利範圍第10項所述之一種AB類運算放 大器電路，其中，當該第二電壓下降，該第一阻值調變器 的阻值上升。 ® 12.如申請專利範圍第5項所述之一種AB類運算放 大器電路，其中，該當該第二電壓上升時，該第一壓差則 上升。 13. 如申請專利範圍第12項所述之一種AB類運算放 大器電路，其中，當該第二電壓上升，該第一阻值調變器 的阻值則上升。 14. 如申請專利範圍第3項所述之一種AB類運算放 大器電路，其中，該第一差動輸入對包括： • 一第三N型電晶體，其閘極耦接於該第一端，其汲極 耦接於該第三端； 一第四N型電晶體，其閘極耦接於該第二端，其汲極 耦接於該第四端；以及 一電流源，其一端耦接於地，另一端則辆接於該第三 與第四N型電晶體的源極。 15. 如申請專利範圍第5項所述之一種AB類運算放 大器電路，其中，該第一差動輸入對包括： 18 1359561 PfJWmm 100-6-29 一第三p型電晶體，其閘極耦接於該第一端，其汲極 耦接於該第三端； 一第四P型電晶體，其閘極耦接於該第二端，其汲極 耦接於該第四端；以及 一電流源，其一端耦接於一電源端，另一端則耦接於 該第三與第四P型電晶體的源極。 16.如申請專利範圍第1項所述之一種AB類運算放 大器電路，其中，該偏壓電路包括： 一第一電流鏡，具有一第七與第八端，該第七端耦接 於該第三端，該第八端則耦接於該第四端； 一第二電流鏡，具有一第九與第十端；以及 二個浮動電流源，其中一個浮動電流源耦接於該第八 與第十端之間，另一個浮動電流源則耦接於該第一壓差調 整器與該第九端之間。

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