專利名稱：跨導放大器的制作方法
跨導放大器將電壓信號轉換為線性度盡可能好的電流信號，用以形成盡可能理想的電流源輸出。這種跨導放大器用來代替在模擬信號放大或衰減，例如，用于連續(xù)的或步進式增益控制的，電壓放大器的場合是有利的。另一個應用是實現轉換和切斷功能，這些功能用電流要比用電壓容易實現。在這種情況中，在跨導放大器的前面裝有模擬放大器，它具有一個電流分流網絡并受一個控制信號的控制，在極端情況下，該控制信號成為一個轉換信號。
跨導放大器的進一步應用在于實現積分器。通常，電流的積分借助于電容器，即要積分的電壓信號首先必須轉換成電流信號。
傳統(tǒng)跨導放大器的動態(tài)量程是由通常處在動態(tài)量程中部的靜態(tài)電流值確定的。在過載情況下，輸出電流限制在兩倍于靜態(tài)電流的過載水平以及電流已經為零時的最小允許信號電平之內。這種限定導致由奇次諧波引起的非線性失真。
因此，本發(fā)明的目的如同所提出的一樣，為提供一個用于差分信號的跨導放大器，它的動態(tài)量程不為所建立的工作點限制，而且盡管有少量的內部負反饋，它的諧波失真還是很低的。
本發(fā)明及其優(yōu)點隨同參考附圖將比較詳細地加以介紹，其中

圖1是本發(fā)明的一個簡單實施例的示意電路圖；圖2表示出一個改進的實施例，以及圖3示出作為靜態(tài)電流的函數的電壓——電流轉換器的跨導的變化。
圖1示出一個根據本發(fā)明的跨導放大器的簡單實施例。電路主要包括相同的三個電壓——電流轉換器Ui1，Ui2，Ui3，它們中的第一個Ui1其輸入端連接到第一輸入引線端K1上，而其中的第二個Ui2具輸入端連接到第二輸入引線端K2上。兩個輸入引線端子K1，K2作為加到跨導放大器上的差分電壓ds的輸入。
三個電壓——電流轉換器Ui1，Ui2，Ui3作為雙極性電流集成在單一的基片上，因單個電路元件的優(yōu)良的匹配特性而具有良好效果。只包括NPN晶體管和襯底——PNP晶體管而不包括低截止頻率的橫向PNP晶體管的動態(tài)子電路是高頻響應的一個有利條件。
所有電壓——電流轉換器Ui1，Ui2，Ui3在它們的輸入部分都有一個襯底——PNP晶體管，參看圖1中第一，第二和第三晶體管t1，t2，t3。它們的集電極由襯底形成，而它們的發(fā)射極則分別通過第三，第四和第五電阻r3，r4，r5連接到第四，第五和第六NPN型的晶體管t4，t5，t6的發(fā)射極上。這三個NPN晶體管的基極引線是在一個公共參考電勢Ub上，它是由第三電壓——電流轉換器Ui3和一個恒流源Kq確定的。
第四和第五晶體管t4，t5的集電極構成跨導放大器的高阻抗差分輸出。因為第一和第二晶體管t1，t2的基極分別連接到第一和第二輸入端子K1，K2，所以第四和第五晶體管t4，t5的集電極電流分別取決于第一和第二輸入端子K1，K2的電勢，兩個電壓——電流轉換器的每一個輸出電流跟蹤著相關輸入引線的電勢。電流的上升分別由第一和第二電壓——電流轉換器Ui2，Ui2中的第三和第四電阻r3，r4所限定。輸出電流值也是由在每個電壓——電流轉換器中兩個串接的基極——發(fā)射極通路的微分跨導I/UT確定的?？鐚Х糯笃鞯牡谝惠敵鲭娏鱅1是第四晶體管t4的集電極電流，而第二輸出電流I2則是第五晶體管t5的集電極電流。
參考電勢Ub由第三電壓——電流轉換器Ui3認定，它的電流輸出端連接到三個NPN晶體管的公共基極引線上。第六晶體管t6的基極——集電極間的連接引線以恒流源Kq提供電流Iq。這個電流必確定著第一和第二電壓——電流轉換器Ui1，Ui2的靜態(tài)電流Iq。
第一電阻r1和第二電阻r2組成的電壓分壓器連接在第一和第二輸入引線端子K1，K2之間。這個分壓器節(jié)點連接到第三電壓—電流轉換器Ui3的輸入端，即第三晶體管t3的基極。
如果兩個輸入端子K1，K2有同一電勢，那么電壓分壓器r1，r2的節(jié)點上將也是這個電勢。在那種情況下，所有三個電壓——電流轉換器Ui1，Ui2，Ui3都流過相同的電流Iq，即靜態(tài)電流。如果將差分電壓ds加在兩個輸入端子K1，K2之間，則兩個輸出電流I1，I2將發(fā)生變化它們中的一個將增加，而另一個將減小。
如果兩個輸出電流I1，I2嚴格地隨輸入電勢線性地變化的話；那么，其中之一將增大一個差分電流dI，而另一個則將減少相同的差分電流dI，但這將會引起如上所述的不希望的苛刻的限定。
但是，作為本發(fā)明的基礎的電路概念，甚至在兩個電壓——電流轉換器Ui1，Ui2的其中一個接近無電流的那個量程中，也允許其工作的受限制。在這個量程中，差分電壓ds的變化主要只影響輸出電流I1，I2的其中一個，即比I1＝I2的沒有完全驅動的情況下具有更陡峭的斜率的那一個。其結果是，差分電流dI的斜率仍然接近電流的斜率。
根據本發(fā)明，電路的工作是基于這樣的事實上，經過反饋電阻r3，r4，r5以及靜態(tài)電流Iq，將三個電壓——電流轉換器Ui1，Ui2，Ui3的跨導設置在使三個電阻r3，r4，r5的負反饋作用近似地等于基極——發(fā)射極通路的微分跨導I/UT。當差分電壓ds增加時，電壓——電流轉換器Ui1，Ui2的其中之一的輸出電流I1，I2以及相關聯的跨導也增加，而另一輸出電流I2，I1及相關聯的跨導則減小。兩種作用相互抵消，因此，在第一和第二輸出電流I1，I2之間的差分電流dI仍然與差分電壓ds值成比例。
恒流源的電流Iq，從而三個電壓——電流轉換器Ui1，Ui2，Ui3的靜態(tài)電流Iq和三個反饋電阻r3，r4，r5必須按下列規(guī)定選擇UT＜Iqxr(r＝r3＝r4＝r5)＜2UT這里，UT是熱電壓，在理論上，是26毫伏。這就使三個電阻r3，r4，r5的負反饋作用保持在一個低電平上。低值反饋電阻r3，r4，r5對跨導放大器的噪聲性能亦有有利的作用。
圖2示出圖1的跨導放大器的一種改進的實施例。用圖所描繪的圖2電路大部分與圖1相對應，類似的部分用類似的參考符號標明。工作原理亦相同，因此無需再加以說明。
圖1電路裝置的一個缺點在于，承載兩個輸入引線端子K1，K2和電壓分壓器r1，r2的節(jié)點的第一，第二和第三晶體管t1，t2，t3的基極電流。差分電壓ds可能經由電源阻抗和分壓器r1，r2的電阻而被歪曲，但最主要的是，在分壓器節(jié)點上的負載使三個輸出電流I1，I2，Iq的比例受到破壞。當然，這會影響(模擬的)差分電流dI的幅值和精度。例如，通過將第一和第二輸出電流I1，I2分別加到PNP電流反射鏡(在圖1及圖2中未示出)的輸入和輸出端來實現對精度的提高。
在本發(fā)明的改進的實施例中(參看圖2)通過由NPN電流組(bank)nk的輸出電流去補償三個NPN晶體管t1，t2，t3的基極電流來消除這些缺點。電流組nk的電流由模擬電路n設置。這個模擬電路用與恒流源Kq的電流Iq等值的電流Iq來驅動。
模擬電路n包括一個第七晶體管t7，它完全是三個NPN晶體管t1，t2，t3的復制品并且跟后者一樣，它是一個縱向PNP晶體管。第七晶體管t7的基極電流供給一個三級NPN電流組的輸入端，它的三個輸出連接到三個PNP晶體管t1，t2，t3的基極引線端子上。第三電壓——電流轉換器Ui3和模擬電路n每個供以恒電流Iq。這些電流Iq，例如，由一個二級PNP電流組PK發(fā)送，它的輸入端與第八NPN型晶體管的集電極相連，它的發(fā)射級通過第六電阻r6接地。經過加到第八晶體管t8的基極上的電壓，PNP電流組PK的電流，因而跨導放大器的靜態(tài)電流被設置。
圖3中，繪出了作為電流I的函數的三個電壓——電流轉換器Ui1，Ui2，Ui3的跨導i/u。根據以上設計原則，假定r＝UT/Iq，則下面的關系對跨導i/u成立i/u＝1/(2UT/I+r)
對大電流I，跨導i/u＝I/r。即僅取決于各自的反饋電阻r的一個常量值。對小電流I，跨導i/u＝I/2UT，即僅取決于兩個基極發(fā)射極通路的微分跨導I/UT而與反饋電阻r無關。對于靜態(tài)電流Iq來說，跨導i/u＝1/3r。動態(tài)量程A′可擴展到進入任意遠的大電流量程內，因為在那里跨導i/u保持常數。這樣一來，差分電流dI也仍然保持著對差分電壓ds的比例關系。相對低的靜態(tài)電流也會導致低功耗。點劃線代表具有一個對稱動態(tài)量程A′和較高的靜態(tài)電流Iq′的常見的恒跨導特性i/u′。
權利要求
1.跨導放大器其特征在于下列特性由差分電壓(ds)驅動的一個輸入——差分級具有兩個輸入端，其中第一輸入端(K1)連接到第一電壓——電流轉換器(Ui1)上，而其中第二輸入端(K2)則接到與第一電壓——電流轉換器(Ui1)相同的第二電壓——電流轉換器(Ui2)；與第一和第二電壓——電流轉換器(Ui1，Ui2)相同的第三電壓——電流轉換器(Ui3)，其輸入端連接到插入在第一和第二輸入端子之間的電阻分壓器(r1，r2)的節(jié)點上第一，第二和第三電壓——電流轉換器(Ui1，Ui2，Ui3)的跨導特性是相同的，并且借助于反饋電阻(r3，r4，r5r)和靜態(tài)電流(Iq)使每個都設置在一個特定的低值。所有三個電壓——電流轉換器(Ui1，Ui2，Ui3)的參考電勢引線是在一個公用參考電勢Ub上。它是通過第三電壓——電流轉換器(Ui3)實現的，它的電流由恒流源(Kq)確定，以及作為跨導放大器的輸出信號，第一和第二電壓——電流轉換器(Ui1，Ui2)的電流源輸出傳送第一輸出電流(I1)和第二輸出電流(I2)，它的差分電流與差分電壓(ds)值成比例。
2.權利要求1所提出的跨導放大器其特征在于第一、第二和第三電壓——電流轉換器(Ui1，Ui2，Ui3)在它們的控制輸入端分別有一個第一晶體管(t1)，一個第二晶體管(t2)和一個第三晶體管(t3)，它們的基極引線組成對應的控制輸入。
3.權利要求2所提出的跨導放大器，其特征在于模擬電路(n)產生三個相等的電流，其電流值等于第一，第二和第三晶體管(t1，t2，t3)的基極電流而符號則分別與它們相反，并將其加到第一，第二和第三晶體管(t1，t2，t3)的基極引線上，以補償基極電流。
4.權利要求3所提出的跨導放大器，其特征是第一、第二和第三電壓電流轉換器(Ui1，Ui2，Ui3)分別包括一個第四晶體管(t4)，一個第五晶體管(t5)和一個第六晶體管(t6)，它們的極性與第一，第二和第三晶體管(t1，t2，t3)相反，第四，第五和第六晶體管(t4，t5，t6)的發(fā)射極通過第三，第四和第五電阻(r3，r4，r5)分別連接到第一，第二和第三晶體管(t1，t2，t3)的發(fā)射極上，而第四，第五和第六晶體管(t4，t5，t6)的基極引線則連接到公共參考電勢(Ub)上。
5.權利要求4所提出的跨導放大器，其特征是恒流源(Kq)由一個PNP電流組(PK)的第一輸出組成，它的第二輸出饋給模擬電路(n)的輸入，模擬電路(n)包括一個與第一，第二和第三晶體管(t1，t2，t3)型號相同的第七晶體管(t7)，并且第七晶體管(t7)的基極電流加到具有三個分別連接在第一，第二和第三晶體管(t1，t2，t3)基極引線的輸出端的一個PNP電流組(nk)的輸入端，第一，第二，第三，以及第七晶體管(t1，t2，t3，t7)是襯底——PNP型晶體管，而第四，第五以及第六晶體管(t4，t5，t5)則是NPN晶體管。
6.權利要求7所提出的跨導放大器，其特征是反饋電阻(r3，r4，r5，r)和靜態(tài)電流(Iq)的值按下式選取UT＜Iqxr(r＝r3＝r4＝r5)＜2UT
7.權利要求1-6中的任一要求所提出的跨導放大器，其特征是，第一和第二輸入端子(K1，K2)的每一個端子通過一個阻抗變壓器(i)從輸入差分級進行緩沖。
全文摘要
跨導放大器由差分電壓(ds)驅動，它通過第一輸入端子(K
文檔編號H03F3/45GK1052230SQ9010954
公開日1991年6月12日 申請日期1990年11月28日 優(yōu)先權日1989年12月1日
發(fā)明者烏爾里希·特尤斯 申請人:德國Itt工業(yè)股份有限公司