本發(fā)明屬于半導(dǎo)體測試領(lǐng)域，具體涉及一種電壓跟蹤/嵌位電路。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體分析儀測試、程控電源測試等領(lǐng)域中，往往需要進(jìn)行正極性或負(fù)極性的電壓/電流輸出，這就需要控制結(jié)型功率管既能正向輸出，也能反向輸出，特別是對高頻晶體管進(jìn)行特性參數(shù)測試時(shí)，尤其需要提供電壓極性可變、極性切換穩(wěn)定可靠的高頻電壓信號序列進(jìn)行測試分析。這些都要求一種電壓跟蹤/嵌位電路來實(shí)現(xiàn)對輸出結(jié)型功率管進(jìn)行驅(qū)動控制?，F(xiàn)有的電壓跟蹤/嵌位電路一般是采用運(yùn)算放大器飽和電路法和運(yùn)算放大器不飽和電路法。運(yùn)算放大器飽和電路法在負(fù)電壓輸入時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出在內(nèi)部達(dá)到飽和，從飽和到反向恢復(fù)時(shí)間的影響使響應(yīng)變得非常慢；從飽和電平到正輸出電壓受轉(zhuǎn)換速率限制使響應(yīng)更慢；反向恢復(fù)特性的影響還使輸出波形變壞，因此這種電路只能用于直流或低頻。運(yùn)算放大器不飽和電路法是在運(yùn)算放大器飽和電路法的基礎(chǔ)上增加了緩沖放大器及負(fù)反饋控制，需要增加相應(yīng)的相位補(bǔ)償電容，才能使電路穩(wěn)定工作，所以，雖然克服了運(yùn)算放大器飽和電路法的缺點(diǎn)，但受到運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率的限制，需要根據(jù)必要的頻率選用高速運(yùn)算放大器，仍然無法克服相位補(bǔ)償電容等因素造成的速度影響。

由于快速自動測試以及高頻程控測試的日益發(fā)展需要，現(xiàn)有電壓跟蹤/嵌位電路已經(jīng)無法滿足，因此需要一種可靠有效的電壓跟蹤/嵌位電路及實(shí)現(xiàn)方法來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述不足，提出了一種轉(zhuǎn)換速率高、波形失真小、驅(qū)動能力強(qiáng)、功能準(zhǔn)確可靠的電壓跟蹤/嵌位電路。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

一種電壓跟蹤/嵌位電路，包括差分放大電路、恒定電流源產(chǎn)生電路、恒流源控制電路、恒流源驅(qū)動放大電路和恒流源功率放大電路，所述差分放大電路位于輸入端作為前置放大器，將電壓誤差信號轉(zhuǎn)換成電流信號，轉(zhuǎn)換后的電流信號流入恒流源控制電路，流入恒流源控制電路的電流信號與恒定電流源產(chǎn)生電路產(chǎn)生的恒定電流進(jìn)行電流比例控制運(yùn)算，經(jīng)電流比例控制運(yùn)算后得到恒流源信號，恒流源信號分別進(jìn)入恒流源驅(qū)動放大電路和恒流源功率放大電路。

優(yōu)選地，所述差分放大電路采用完全對稱差分放大電路，等效為兩級差分放大，包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一三極管、第二三極管、第三三極管和第四三極管，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻均為溫漂極低的精密電阻，保證差分運(yùn)算放大電路輸出波形的對稱性，第一三極管、第二三極管、第三三極管和第四三極管均由三極管對管構(gòu)成，其中第一三極管和第二三極管構(gòu)成輸入信號和接地信號的輸入端。

優(yōu)選地，所述恒定電流源產(chǎn)生電路包括第五電阻、第六電阻和第五三極管，所述第五三極管的電壓降恒定，第五電阻和第六電阻采用精密電阻，第六電阻的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第五電阻的阻值。

優(yōu)選地，所述恒流源驅(qū)動放大電路采用鏡像電流源結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電流放大功能，包括第七電阻、第八電阻、第十電阻、第十一電阻、第六三極管和第十三極管，第七電阻、第八電阻、第十電阻和第十一電阻的取值與第五電阻的取值成對應(yīng)比例，第六三極管與第十三極管均由三極管對管構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述恒流源功率放大電路包括第七三極管的右三極管、第十一三極管、第二十電阻、第二十一電阻、第十二電阻至第十九電阻，第十一三極管采用八集成對稱三極管陣列，第十二電阻至第十九電阻的阻值完全相等，第十一三極管的八個(gè)陣列三極管的參數(shù)完全相同，第十二電阻至第十九電阻并聯(lián)工作。

本發(fā)明具有的有益效果是：

(1)采用恒流源控制電路，提高了轉(zhuǎn)換速率和可靠性，避免電路誤觸發(fā)現(xiàn)象。本發(fā)明在信號控制、信號放大以及信號功率驅(qū)動電路中，均采取了恒流源控制驅(qū)動電路模式，由于恒流源的內(nèi)阻很大，且完全由電流信號控制，所以其響應(yīng)速度快、控制可靠性高。另外，在輸入端采用對稱差分放大電路形式，等效為兩級放大，利用其對稱特性，提高了整個(gè)電路的共模抑制比和零點(diǎn)漂移抑制能力，電路具有靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，使得本發(fā)明電路的轉(zhuǎn)換速率較高，且不會產(chǎn)生誤觸發(fā)現(xiàn)象。

(2)采用完全對稱差分放大電路，提高了電路響應(yīng)速度和靈敏度。

(3)采用相同參數(shù)或相應(yīng)對管設(shè)計(jì)方法，完全補(bǔ)償了零點(diǎn)交越失真。本發(fā)明在恒流源驅(qū)動放大電路和恒流源功率放大電路的前端均增加了電壓提升二極管，該二極管由三極管的b-e結(jié)構(gòu)成，其參數(shù)和用于差分放大的三極管b-e結(jié)參數(shù)完全相同，以抵消輸入差分放大電路中三極管產(chǎn)生的b-e結(jié)壓降。而且，本發(fā)明電路中所有的三極管均采用了參數(shù)相同的三極管或其相應(yīng)對管，由于它們的參數(shù)完全相同或?qū)ΨQ，以及電路的對稱設(shè)計(jì)，完全補(bǔ)償了零點(diǎn)交越失真，有效解決了波形失真問題。

(4)采用恒流源功率并聯(lián)放大陣列電路，克服了驅(qū)動能力不足問題。本發(fā)明在輸出端采用恒流源功率放大電路，由八集成對稱三極管陣列組成功率驅(qū)動陣列，八個(gè)陣列三極管的參數(shù)完全相同，這樣流過各驅(qū)動電阻的電流相同，實(shí)現(xiàn)均流功能，改善功率驅(qū)動的熱分布，且驅(qū)動電阻并聯(lián)工作，用以降低輸出阻抗，提高功率放大驅(qū)動電路的驅(qū)動能力，也進(jìn)一步減小波形失真。

附圖說明

圖1為該電壓跟蹤/嵌位電路原理框圖；

圖2為輸入、輸出波形示意圖；

圖3為該電壓跟蹤/嵌位電路的具體電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說明：

如圖1所述，一種電壓跟蹤/嵌位電路，包括差分放大電路、恒定電流源產(chǎn)生電路、恒流源控制電路、恒流源驅(qū)動放大電路和恒流源功率放大電路，差分放大電路位于輸入端作為前置放大器，將電壓誤差信號轉(zhuǎn)換成電流信號，轉(zhuǎn)換后的電流信號流入恒流源控制電路，流入恒流源控制電路的電流信號與恒定電流源產(chǎn)生電路產(chǎn)生的恒定電流進(jìn)行電流比例控制運(yùn)算，經(jīng)電流比例控制運(yùn)算后得到恒流源信號，恒流源信號分別進(jìn)入恒流源驅(qū)動放大電路和恒流源功率放大電路。

如圖2所示，當(dāng)輸入信號Vi大于GND電平時(shí)，Vo輸出和Vi完全相同，實(shí)現(xiàn)同相電壓跟蹤功能；當(dāng)輸入信號Vi小于等于GND電平時(shí)，Vo輸出被嵌位到地電平GND，實(shí)現(xiàn)反相電壓的地電平嵌位功能；從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓Vo對輸入電壓Vi的同相跟蹤、反相嵌位功能。從圖中可看出，在信號的高速變換中，本發(fā)明電路響應(yīng)速度快、靈敏度高，無零點(diǎn)失真，完全克服了傳統(tǒng)電路響應(yīng)慢，波形諧波大，零點(diǎn)失真大等缺點(diǎn)，且本發(fā)明樣機(jī)電路具有較高的輸出驅(qū)動能力，達(dá)到了本發(fā)明專利的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

如圖3所示，差分放大電路采用完全對稱差分放大電路，等效為兩級差分放大，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一三極管V1、第二三極管V2、第三三極管V3和第四三極管V4，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4均為溫漂極低的精密電阻，保證差分運(yùn)算放大電路輸出波形的對稱性，保證差分運(yùn)算放大電路輸出波形的對稱性，使得差分運(yùn)算放大電路的失調(diào)電壓及失調(diào)電流很低，第一三極管V1、第二三極管V2、第三三極管V3和第四三極管V4均由三極管對管構(gòu)成，一方面起到輸入嵌位保護(hù)作用，另一方面由于其對稱特性，使得漏電流、噪聲等完全相同，進(jìn)一步使得差分運(yùn)算放大電路的失調(diào)電壓及失調(diào)電流等降至最低，以降低電壓跟蹤的波形失真度，其中第一三極管V1和第二三極管V2構(gòu)成輸入信號和接地信號的輸入端。

恒定電流源產(chǎn)生電路包括第五電阻R5、第六電阻R6和第五三極管V5，第五三極管V5的b-e結(jié)電壓降恒定，第五電阻R5和第六電阻R6采用精密電阻，第六電阻R6的阻值較大。因?yàn)榈谖迦龢O管V5的b-e結(jié)壓降恒定(Vbe約為0.5V)，所以其恒定電流即為：(15-0.5)/(R5+R6)，第五電阻R5，第六電阻R6均采用精密電阻，其第六電阻的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第五電阻的阻值(兩個(gè)電阻的阻值大小位于不同的數(shù)量級)，所以流過第五電阻R5的電流是恒定不變的。

恒流源驅(qū)動放大電路采用鏡像電流源結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電流放大功能，包括第七電阻R7、第八電阻R8、第十電阻R10、第十一電阻R11、第六三極管V6和第十三極管V10，第七電阻R7、第八電阻R8、第十電阻R10和第十一電阻R11的取值與第五電阻R5的取值成對應(yīng)比例，第六三極管V6與第十三極管V10均由三極管對管構(gòu)成，由于恒流源的內(nèi)阻很大，且完全由電流信號控制，所以其響應(yīng)速度快、控制可靠性高，使得放大控制電路的轉(zhuǎn)換速率很高，同時(shí)不會造成誤觸發(fā)現(xiàn)象。

恒流源功率放大電路包括第七三極管V7的右三極管、第十一三極管V11、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第十二電阻R12至第十九電阻R19，第十一三極管V11采用八集成對稱三極管陣列，電阻R12-R19的阻值完全相等，這樣流過第十二電阻R12至第十九電阻R19的電流相同，實(shí)現(xiàn)均流功能，改善功率驅(qū)動的熱分布，八個(gè)陣列三極管的參數(shù)完全相同，第十二電阻R12至第十九電阻R19并聯(lián)工作。

恒流源功率放大電路包括第七三極管V7的右三極管、第十一三極管V11、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第十二電阻R12至第十九電阻R19，第十一三極管V11采用采用八集成對稱三極管陣列，八個(gè)陣列三極管的參數(shù)完全相同，第十二電阻R12至第十九電阻R19并聯(lián)工作，第十二電阻R12至第十九電阻R19的阻值完全相等，用以降低輸出阻抗，提高了功率放大電路的輸出驅(qū)動能力，也進(jìn)一步減小波形失真。

第六三極管的右三極管的集電極連接第七三極管，第七三極管由三極管對管組成，第七三極管的左三極管的發(fā)射集連接第八三極管，第八三極管連接第九電阻，第九電阻連接第九三極管，第九三極管的發(fā)射集與第十三極管的右三極管的集電極相連，第七三極管的左三極管和第八三極管串聯(lián)后連接到第七、第八三極管的基極，用于消除第七三極管的右三極管和第十一三極管的交越失真，第八三極管V8、第九三極管V9采用和第一三極管V1、第二三極管V2相同參數(shù)的三極管構(gòu)成二極管，用于抵消輸入端第一三極管V1、第二三極管V2產(chǎn)生的b-e結(jié)壓降；另外，本發(fā)明電路中所有的三極管均采用了相同參數(shù)的三極管或其相應(yīng)對管，由于它們的參數(shù)完全相同或?qū)ΨQ，補(bǔ)償了零點(diǎn)交越失真等波形失真。

當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。