專利名稱：可低電壓工作的運(yùn)算放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)算放大器，特別是能夠在低電壓環(huán)境下工作的運(yùn)算放大器電路。
背景技術(shù)：
圖1顯示一般的模擬緩沖級(Buffer)，在工作時由于必須驅(qū)動較大的負(fù)載(大電容負(fù)載或者低電阻負(fù)載)，因此在暫態(tài)時會有很大的暫態(tài)電流流動，基于耗電(效率)的考慮，一般常使用AB類的運(yùn)算放大器作為整體增益緩沖級(unity gain buffer)。
傳統(tǒng)的A類運(yùn)算放大器如圖2所示，晶體管Q1～Q5形成一輸入級，晶體管Q6與Q7為輸出級，輸出級的工作電流Io由晶體管Q7的電流源決定。由于滲入(sink)的能力與工作電流Io相關(guān)，而晶體管Q7僅能提供固定的電流輸出，因此滲入的能力被限制在電流Io以下。在遇到負(fù)載較大的情況時，便必須調(diào)高輸出級的工作電流Io以獲得良好暫態(tài)反應(yīng)，但也相對造成較大的穩(wěn)態(tài)直流耗電。
另一種運(yùn)算放大器能夠改善上述的缺點(diǎn)，如圖3所顯示的AB類運(yùn)算放大器，其中晶體管M1～M5形成輸入級，晶體管M6與晶體管M7是輸出級，晶體管M8串接晶體管M9形成一電平移動電路，晶體管M10～M12是偏壓電路。在穩(wěn)態(tài)的情況下，輸出級的工作電流Io由前述的偏壓電路決定。在暫態(tài)時，晶體管M6與M7的柵極電壓皆可同時移動，使得暫態(tài)電流可以遠(yuǎn)大于原本的工作電流Io。
然而一般的AB類的運(yùn)算放大器皆會面臨低壓工作的難題，以圖3為例，其最低的工作電壓至少要為VTP+2VTN，大約在2.7～3伏，這樣的工作電壓不適合消費(fèi)性產(chǎn)品中兩個電池(2.2～3.0V)的應(yīng)用場合，例如移動電話的液晶顯示板。
因此，有必要對于運(yùn)算放大器提出較佳的改良方案，以求完善。
發(fā)明概述本發(fā)明的主要目的是提出一種AB類運(yùn)算放大器，能夠適用于低電壓工作。
根據(jù)本發(fā)明，一運(yùn)算放大器包括一差動對，差動對的兩個輸出端與一輸出級電路形成一回路以提供信號輸出；一共模反饋電路耦接至差動對，以控制差動對兩輸出端的電位；一電流源電路包括一電流源，其耦接一電流鏡組，該電流鏡組接收電流輸入，并且其支路分別耦接至差動對與共模反饋電路。本發(fā)明所需的工作電壓較傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器低，其利用電流鏡組中一支路電路監(jiān)控工作電壓的變化，通過差動對與輸出級電路所組成的回路，使得工作電流可以被控制。
以下以具體實施例配合附圖詳細(xì)加以說明，以便更容易了解本本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其功效。


圖1表示一模擬緩沖器；圖2一傳統(tǒng)的A類運(yùn)算放大器；圖3一傳統(tǒng)的AB類運(yùn)算放大器；圖4提供本發(fā)明一實施例；圖5提供一實施例，配合圖4所示電路能夠獲得更佳的效果。
詳細(xì)說明圖4提供本發(fā)明一實施例。如公知的運(yùn)算放大器，晶體管O1～O4形成輸入級電路，其中晶體管O1與O2的漏極耦接在一起構(gòu)成一差動對。晶體管C1～C4所組成的共模反饋電路耦接前述差動對的二輸出端，使差動對的二輸出端電壓V1及V2與共模反饋電路的輸入電壓VB相同。
晶體管B1～B4形成的電流鏡組耦接一電流源IR，其中晶體管B2耦接至差動對，晶體管B3耦接至共模反饋電路，晶體管B4耦接至晶體管C3的柵極，流經(jīng)晶體管B4的電流IB與電壓VB相關(guān)。
晶體管O5～O8形成的輸出級電路耦接差動對的兩個輸出端，兩者并且形成一回路以提供輸出信號VOUT。晶體管O5的輸出信號通過晶體管O8的輸出信號經(jīng)電流鏡O7反轉(zhuǎn)所得，工作電流Io受到流經(jīng)晶體管B4的電流IB的控制。
圖4所示電路的最低工作電壓為晶體管B3的漏極-源極電壓VDS、晶體管C2的閥值電壓VTN以及晶體管O6的閥值電壓VTP的和，即VTN+VTP+VDS，約為2.0～2.2伏。
配合圖5所示電路，圖4的工作電壓可以降得更低。在圖5的電路中電流源IR不再直接耦接至晶體管B1～B4的電流鏡組，而是經(jīng)過晶體管A1～A4組成的二個電流鏡組之后再連接至晶體管B1～B4的電流鏡組。其中晶體管A1與A2組成的電流鏡及晶體管A3與A4組成的電流鏡之間的路徑上串接一晶體管C5，其柵極耦接至共模反饋電路。
當(dāng)工作電壓變低時，晶體管A2的漏極-源極電壓VDS變小，晶體管A2輸出的電流也變小，通過晶體管A3與A4組成的電流鏡鏡射到電流鏡組中晶體管B1的支路電路使得晶體管B2的電流也變小，并且晶體管B4支路路徑上的電流IB也變小，使得電位VB下降，進(jìn)而使晶體管B3的工作區(qū)間增加(即其漏極-源極電壓不會被擠壓)。如此一來工作電壓可以再下降約0.2～0.3伏。
由于圖4與圖5電路的組合，在工作電壓降低時，不僅晶體管B3的電流會變小，晶體管B2電流也會一起變小。這樣做的好處是能夠維持晶體管O1～O4的輸入級電路的電流平衡，避免其二輸出端電位V1及V2上升，造成輸出級的工作電路Io同時上升產(chǎn)生異常的耗電情形。
晶體管L1～L5是一個低電壓工作電路，其中晶體管L1鏡射晶體管A2的電流，在本實施例中，晶體管L1通道的長寬比是晶體管A2的1/5。晶體管L2鏡射晶體管A3的電流。晶體管L3～L5形成一電流鏡，其中晶體管L4及L5耦接至差動對的二個輸出端，以控制其輸出端電壓V1及V2。在工作電壓持續(xù)下降使得晶體管A2的電流變?yōu)樵瓉淼?/5時，晶體管L3～L5開始有電流流通，將差動對二輸出端電壓V1與V2下拉到地。這種作法能夠防止輸出級電路的工作電流Io異常的上升，并進(jìn)而關(guān)斷工作電流Io。
以上所述，由實施例說明本發(fā)明的特點(diǎn)，其目的在使該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，而非限定本發(fā)明的專利范圍，故，凡其他未脫離本發(fā)明所揭示的構(gòu)思所完成的等效變化或修改，仍應(yīng)包含在以下所述的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1.一種可低電壓工作的運(yùn)算放大器，包括一輸入級電路，包括一差動對接收輸入信號及提供二輸出端；一共模反饋電路，其具有一參考節(jié)點(diǎn)，所述共模反饋電路耦接至所述差動對，以控制所述差動對的二個輸出端的電壓位準(zhǔn)與所述參考節(jié)點(diǎn)的電壓相同；一電流源電路，包括一電流源耦接一電流鏡組，所述電流鏡組接收參考電流，且包括第一、第二、第三以及第四晶體管，所述第二晶體管耦接所述差動對，所述第三晶體管耦接所述共模反饋電路供應(yīng)其所需電流，所述第四晶體管耦接所述參考節(jié)點(diǎn)；以及一輸出級電路，耦接所述差動對的兩個輸出端并且形成一回路以提供信號輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其中所述輸出級電路包括一電流鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其中所述電流源電路還包括一低壓工作電路，所述低壓工作電路包括第一組電流鏡，接收所述參考電流；以及第二組電流鏡，與所述第一組電流鏡之間串接一監(jiān)控晶體管，所述監(jiān)控晶體管的柵極電壓隨著所述參考節(jié)點(diǎn)的電位改變，所述電流源經(jīng)過所述第一組電流鏡與所述第二組電流鏡耦接至所述第一晶體管。
4.如權(quán)利要求3所述的運(yùn)算放大器，其中所述低壓工作電路還包括一低電流控制回路，以控制所述第一輸出端與所述第二輸出端的電位，所述低電流控制回路檢測所述第一組電流鏡的輸出電流，當(dāng)所述第一組電流鏡的電流輸出降低至一閾值，所述低電流控制回路導(dǎo)通，將所述第一輸出端與所述第二輸出端的電位下拉到地。
5.如權(quán)利要求4所述的運(yùn)算放大器，其中所述低電流控制回路利用一晶體管鏡射所述第一組電流鏡的輸出電流。
全文摘要
一種可低電壓工作的運(yùn)算放大器，其對于傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器加以改良，通過一共模反饋電路以控制其內(nèi)部差動對的兩個輸出端的電壓電平，并且該差動對與一輸出級電路形成一回路以提供信號輸出；一電流鏡組接收偏壓電流，其中的支路分別耦接至差動對與共模反饋電路以提供電流輸入。本發(fā)明利用電流鏡組一支路電流通過共模反饋電路，以及差動對與輸出級電路組成的回路使輸出級電路的工作電流可以被控制，并且需要的工作電壓較傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器低，尤其適合低電壓消費(fèi)性電子產(chǎn)品的應(yīng)用。
文檔編號H03F3/45GK1411140SQ01140868
公開日2003年4月16日 申請日期2001年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月25日
發(fā)明者吳高彬 申請人:義隆電子股份有限公司