恆定負載放大器的製作方法
2023-10-19 20:20:17
專利名稱：恆定負載放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子放大。更具體地，本發明涉及線性推挽式功率放大器的偏壓。
背景技術：
電子放大器已經被應用於諸如音頻再生的應用中。可以通過低電平電信號來再現音頻。在將這樣的信號轉換成人耳可以感知的聲音的過程中，其根據電壓和/或電流被放大並且傳輸至機電轉換器，即，擴音器。通過使用通常所說的功率放大器來實現電放大。
目前，用於線性應用(諸如音頻再生)的大多數功率放大器都是推挽式放大器。這樣的放大器採用了分別將電流源出和吸收至諸如擴音器的負載的完全不同的第一和第二電路。從而，第一電路被稱為源出電路，以及第二電路被稱為吸收電路。相應地表示它們的組成部分。
源出電路源出了電流，從而連接至電源的正電壓提供端，而吸收電路吸收了電流，從而連接至電源的負電壓提供端。源出和吸收電路各具有一個或多個串聯或並聯連接的功率處理輸出裝置。
特別是當電流低時，有源功率輸出裝置，即，電子管或功率電晶體，本身是非線性的。在推挽式放大器中，這會導致產生交越失真(crossover distortion)。當負載電流切換方向時，即，操作負載電流從一個或一組源出輸出裝置切換至一個或一組吸收輸出裝置或反過來時，發生交越。
用於降低有源輸出裝置中的固有非線性的影響，及隨後降低交越失真的裝置是用於使靜態電流橫向穿過源出和吸收輸出裝置的。當負載電流低時，通過適當上拉通過輸出裝置的靜態電流，迫使其在更線性的區域中運行。這稱為偏壓。以此方式運行的放大器通常被稱為A類或AB類運行。
對於所有容許負載來說，當放大器運行時，傳統的A類放大器被施以偏壓以一直提供靜態電流的直接傳導。缺點是靜態電流經常變得非常大，導致了很大的內部功率消耗。在傳統的AB類放大器中，靜態電流非常低，但是超過某一通常非常低的電平的負載電流會使得在任何給定點不能及時承載負載電流的有源輸出裝置切斷，從而引起了一些交越失真。
在本領域中，已知對於傳統的AB類放大器來說，在使靜態電流保持相同的幅值的同時防止切斷，從而克服了傳統A類放大器的缺點而不會引入明顯的交越失真。
在一些應用中，功率放大器具有非常低的輸出阻抗是非常重要的。例如，高性能擴音器的設計者通常將功率放大器模型化成完美或接近完美的電壓源。因而，模型化的功率放大器的輸出基本保持電壓與輸入信號成比例，而與由擴音器的電抗部分導致的阻抗變化無關。這意味著當連接至擴音器的功率放大器具有低輸出阻抗時，一起構成擴音器的部件(即，外殼、揚聲器元件、埠、交叉濾波器等)被設計成產生期望的聲音。因此，適用於高性能擴音器的功率放大器通常具有低輸出阻抗。然而，實現低輸出阻抗的價值不大，或者具有很多缺點。
通常在功率放大器中採用總負反饋。總負反饋降低了輸出阻抗。然而，通過總負反饋實現的阻抗減小取決於可以施加的反饋量。總負反饋的特定量通常具有其優點並且往往是非常必要的，但是過多的負反饋危害了穩定性。如果相對於可用帶寬和其他穩定性標準來說，作為正向和反饋增益的乘積的迴路增益非常高，那麼失真就會增加並且甚至可以產生自激振蕩。
功率處理輸出裝置的並聯還可以使輸出阻抗降低。根據輸出裝置的設計和類型，並聯可以導致多種已知的後果，諸如很難實現在並聯輸出裝置之間的適當電流共享。
在固態放大器中，在放大器的功率處理電晶體處，所謂的負反饋(degeneration)電阻器，也就是通常所說的發射極或源極電阻器，通常被固定在放大器的輸出級。在離散設計中尤其如此，其中因為處理變化、熱變化以及很難實現與其他組件熱接近，所以在有源輸出裝置上不容易實現電流檢測。而電流檢測通常是有效地控制靜態電流所需要的。
阻抗減小的負反饋電阻器降低了放大器的輸出阻抗。但是，因為靜態電流的控制變得更重要，所以偏壓通常就變得更難了。
還可以通過採用局部正反饋來實現低輸出阻抗，雖然穩定性和偏壓受到了不利影響。
一些應用要求直流(DC)放大。這樣的要求排除了隱含地執行高通濾波的放大器設計或降低具有DC偏移電壓的信號的設計。
在包括品質音頻再生的一些應用中，通常採用測量來消除或減小在固有DC耦合放大器的輸出處出現的不必要的DC電壓。雖然如此，但是因為低頻響應的控制可以被簡化並且可以(例如)通過提供低頻負反饋的DC伺服配置來做的更精確，所以內部DC放大通常是有利的。相反地，缺乏放大DC信號的能力是不利的。
以下描述了關於輸出阻抗和/或偏壓的現有技術中的例子。
在美國專利第5389894號中，Ryat披露了包括輸入放大器增益級、用於AB類操作的偏壓電路以及在推挽式輸出級中的源出和吸收輸出電晶體的功率放大器。增益級只將信號驅動電流提供給源出輸出電晶體，同時吸收輸出電晶體從偏壓電路接收其驅動電流。從而，從增益級到源出電晶體的信號驅動電流與從偏壓電路到吸收電晶體的驅動電流分離。目的在於提供高驅動能力、高電壓擺動、以及在高電流條件下不會經受高輸出阻抗的放大器。
Ryat披露的功率放大器採用預先假定了密閉熱耦合以及精密匹配組件的設計原理。這樣的環境通常在單片集成電路中才能找到。另一方面，由於相互的溫度和處理變化不同，離散設計通常必須解決重要的參數散布。
例如，為了檢測通過輸出電晶體的電流，Ryat使用了與輸出電晶體共享Vbe-電壓的第二電晶體，用於生成與通過輸出電晶體的電流成比例的電流。從而，在輸出電晶體上執行電流檢測。如上所述，在離散設計中，特別是在一些類型的輸出裝置中，諸如，處理和溫度改變對電特性有總體影響的MOSFET，這不容易做到。
而且，偏壓控制和輸出電晶體驅動電路是不對稱的。已知不對稱通常會導致例如失真、隨著溫度改變的DC電壓操作點偏移或漂移的問題。
在美國專利第5055797號中，Chater披露了一種具有自動偏壓控制的推挽式功率放大器。通過檢測跨過源出和吸收檢測電阻器的電壓來確定從放大器的輸出級的源出和吸收輸出電晶體輸出的電流，檢測的電壓與輸出電流成比例。檢測的電壓被求和並且得到的總信號被操作用於提取與最小峰值成比例的信號。與最小峰值成比例的信號用在負反饋迴路中，用於控制放大器的靜態電流。目的在於提供一種不隨輸出電晶體的熱變化而變化、不受輸出信號的存在與否影響、以及因此減小了交越失真的偏壓控制的方法。
Chater的偏壓方案對輸出阻抗的影響很小。而且，放大器不是DC耦合的。如果是，因為最小峰值電流在有負載電流的情況下不會無條件地代表靜態電流，所以其不足為DC信號偏壓。
在美國專利第4439743號中，示出了一種偏壓電路，用於減小由非線性放大元件導致的功率放大器的失真。這是通過去除偏壓電路的信號傳輸路徑中的輸出電晶體來實現的。
在美國專利第4489283號中，披露了一種具有固定和可變偏壓電路的功率放大器。可變偏壓電路能夠使功率放大元件全周期導電(full cycle conduction)。這通過檢測功率放大元件的控制電壓(Vbe)以及響應其提供用於以防止在全信號周期期間切斷的方式控制功率放大元件的校準電流。
在美國專利第5977829號中，示出了一種具有可變靜態電流的放大器。在低輸出功率電平處，偏壓電路將減小的偏壓電流提供給放大器的輸入級，而在高輸出功率電平處，偏壓電流被增大以減小失真。
在美國專利第6188269號中，披露了一種具有完全不取決於處理變化、溫度和電源電壓的偏壓電流的軌至軌放大器。分支電路模擬空閒輸出級。響應於通過分支電路的電流而產生偏壓。偏壓依次控制通過輸出級的靜態電流。
在美國專利第4558288號中，披露了發射極跟隨器類型的推挽式輸出級，其中，偏壓電路防止輸出電晶體的切斷，從而減小了交越失真。
在美國專利第4885674號中，披露了負載獨立切換模式的功率轉換器。該發明披露了用於補償由負載變化導致的改變電壓降的正電流反饋迴路。
在現有技術中，存在多種偏壓方案和方法，用於降低放大器的輸出阻抗以防止切斷。但是，都沒有實質性的改善。
現有技術中的問題在於設計出一種具有用於減小輸出阻抗而不引入上述缺點的簡單結構的推挽式放大器。
另一問題在於設計出一種推挽式放大器，其具有能夠使靜態電流在高負載電流處進行導通、用於防止有源輸出裝置切斷以及相關的交越失真，而又不會引入上述缺點的簡單結構。通過本發明的詳細描述，其它問題將變得明顯。
發明內容
根據本發明的電子推挽式放大器和方法提供了一種對上述問題和其他相關問題的解決方案。
根據本發明的推挽式放大器，包括源出電流檢測電阻器，用於有利於檢測通過推挽式放大器的輸出級源出電流通路的源出電流，源出電流檢測電阻器位於輸出級源出電流通路中，諸如與源出有源輸出裝置(例如，N溝道DMOSFET)的漏極或源極端串聯連接；
吸收電流檢測電阻器，用於有利於檢測通過推挽式放大器的輸出級吸收電流通路的電流，吸收電流檢測電阻器位於輸出級吸收電流通路中，諸如與源出有源輸出裝置(例如，N溝道DMOSFET)的漏極或源極端串聯連接；靜態電流控制裝置，用於響應於通過輸出級源出電流路徑和吸收電流電路的源出電流和吸收電流中的最小一個，分別控制通過輸出級源出電路和吸收電路的靜態電流；驅動電路，用於控制源出和吸收有源輸出裝置，所述驅動電路提供直接與有源輸出裝置的各個共享端相關的第一和第二控制電壓。
根據本發明的方法包括以下步驟通過檢測跨過布置在輸出級的源出電流路徑中的源出檢測電阻器的第一電壓，來檢測通過推挽式放大器的輸出級的源出電路的源出電流；通過檢測跨過布置在輸出級的吸收電流路徑中的吸收檢測電阻器的第二電壓，來檢測通過推挽式放大器的輸出級的吸收電路的吸收電流；響應於源出電流和吸收電流，生成表示源出電流和吸收電流中的最小一個的偏壓控制信號，所述偏壓控制信號與源出電流和吸收電流中的最小一個成比例；響應於偏壓控制信號平衡地控制源出偏壓和吸收偏壓；將輸出級源出控制信號直接施加到源出有源輸出裝置的共享端，用於避免形成包括源出有源輸出裝置的局部反饋迴路，
將輸出級吸收控制信號直接施加到吸收有源輸出裝置的共享端作為參考，用於避免形成包括吸收有源輸出裝置的局部反饋迴路。
通過本發明，推挽式放大器的輸出阻抗由於不存在與有源輸出裝置相關的負反饋電阻器而得以降低。相對於傳輸至負載的電流來說，用於檢測通過輸出級源出電路傳導的電流和通過輸出級吸收電路的電流的檢測電流是不明顯的，因為跨過電流檢測電阻器的電壓不以局部反饋的形式影響輸出級控制信號。而且，因為基本恆定的靜態電流是通過吸收和源出有源輸出裝置傳導的，所以無論大負載電流存在與否，均減小了失真。此外，因為給定輸出阻抗或失真等級要求更少的總電壓反饋，所以穩定性獲得了改善。
以下將描述本發明的附圖，其中圖1是示出了傳統共集電極推挽式放大器的電路示意圖；圖2是示出了傳統共發射極推挽式放大器的輸出級的電路圖；圖3是示出了根據本發明的放大器的電路示意圖；圖4是更詳細地示出了圖3的放大器的電路圖；圖5是示出了結合根據本發明的偏壓配置的準互補MOSFET功率放大器的電路圖；以及圖6是示出了根據本發明的偏壓方法的流程圖。
具體實施例方式
以下將更詳細地描述本發明。本發明可以應用到通常具有輸入放大級、中間放大級和輸出功率放大級(OPS)的推挽式功率放大器。輸出級具有功率放大有源輸出裝置。它們通常是雙極結電晶體(BJT)或場效應電晶體(FET)，但也可以是電子管、絕緣柵型雙極性電晶體(IGBT)或可以是其他的特殊的放大裝置。以下，將這些簡稱為有源輸出裝置。作為BJT或FET的功率放大有源輸出裝置將被表示為輸出電晶體。
以其最簡單的形式，推挽式OPS具有從電源的正端源出電流的源出有源輸出裝置、以及將電流吸收到電源的負端子的吸收有源輸出裝置。電源的端子基本上為電壓電源。
存在兩種基本類型的OPS布局結構。第一種類型被稱為共集電極(CC)，也被稱為射極跟隨器或源跟隨器，而第二類型被稱為共發射極(CE)。這些拓撲結構與所使用的例如BJT或FET的輸出裝置的類型無關。互補的功率電晶體對多數被共用，即，具有不同極性的電晶體，諸如NPN和PNP電晶體、或N溝道和P溝道電晶體。然而，也存在變化，其中一個和相同極性的有源輸出裝置形成了OPS。這樣的OPS被稱為準互補。本發明可以應用到具有任何這些類型的OPS的放大器中。
對於OPS來說，施加有輸出級源出控制信號和輸出級吸收控制信號。在CC型OPS中，輸出級源出和吸收控制信號傳統上指的是輸出級的輸出，而在CE型OPS中的輸出級源出和吸收控制信號傳統上指的是電源的各個接線端子。
有源輸出裝置基本上是三端子器件。電子管具有例如用於加熱的附加端子，但主要端子仍是柵極端子、陽極端子和陰極端子。相應地，BJT具有基極端子、集電極端子和發射極端子，而FET具有柵極端子、漏極端子和源極端子。
用於控制有源輸出裝置的信號被施加在有源輸出裝置的控制側，在柵極或基極端子和在控制側和承載有響應於在控制側所施加的控制信號而被有源輸出裝置放大的信號一側之間的共享端子之間。共享端子是電子管的陰極端子、BJT的發射極端子以及FET的源端子。
注意到，對於具有與有源輸出裝置相關的負反饋電阻器的輸出級來說，輸出級控制信號與在有源輸出裝置的控制側所施加的控制信號不同。例如，輸出級控制信號可以是施加在有源輸出裝置的柵極端子和OPS的輸出節點之間的電壓，而有源輸出裝置控制信號是直接施加在有源輸出裝置的柵極端子和源極端子之間的電壓。
在圖1中，示意性地示出了具有CC型OPS的傳統放大器的簡化電路圖。也示出了輸入信號發生器1和負載2。輸入信號發生器的第一端子連接至輸入級3的輸入端。信號發生器1的第二端子接地。輸入級3的輸出端連接至電壓放大級(VAS)4的輸入端。VAS4的輸出端連接至偏壓控制電路5的輸入端。偏壓控制電路5具有第一偏壓源6和第二偏壓源7。VAS 4的輸出端連接至第一偏壓源6的負極端子以及第二偏壓源7的正極端子。第一偏壓源6的正極端子連接至屬於OPS 9的N溝道FET 8的柵極端子。第二偏壓源7的負極端子連接至OPS 9的P溝道FET 10的柵極端子。N溝道FET8的漏極端子連接至電源11的正極端子，而N溝道FET 8的源極端子通過第一負反饋電阻器13(根據輸出裝置的類型還被稱為發射極電阻器或源極電阻器)連接至輸出節點12。P溝道FET 10的漏極端子連接至電源11的負極端子，並且N型FET 8的源極端子通過第二負反饋電阻器14連接至輸出節點12。輸出節點12構成了OPS 9的源出和吸收電路之間的連接點，其還連接有負載2或輸出網絡。如圖所示，輸出節點12直接連接至負載2的第一端子。負載2的第二端子接地。電源11也接地，連接至正極電壓和負極端子電壓之間一半的電勢。
N溝道FET 8和P溝道FET 10構成OPS 9的有源輸出裝置。以下將N溝道FET 8稱為源出FET 8，而將P溝道FET 10稱為吸收FET 10。負反饋電阻器13、14的配置是提供了靜態電流負反饋的裝置，簡化了偏壓。
因為靜態電流較少取決於例如通過改變溫度導致的裝置性能變化，所以靜態電流的控制變得不是很關鍵。而且，需要來自偏壓源6、7的偏置控制電壓的更大改變，以用於實現靜態電流的特定改變，此簡化了偏壓。
然而，要特別注意，作為不良的副作用，通過源出FET 8或吸收FET 10的電流的導通由於其各自的負反饋電阻器13、14而變差。例如，由負載阻抗的減小或施加在源出FET 8或吸收FET 10的柵極端子的電壓改變帶來的負載電流增加被作為負載電流增加結果的跨過對應負反饋電阻器13、14的電壓增加所抵消。後者的電壓增加抑制了在對應源出FET 8或吸收FET 10的柵極端子和源極端子之間的電壓VGS的增加。從而，負載電流的增加不是其本應該的那麼大。
換句話說，輸出阻抗由於負反饋電阻器13、14而增加。而且，由於負反饋電阻器13、14，放大器就不是很完美的電壓源，即，在負載阻抗改變時，輸出節點12的輸出電壓比其本應有的改變更大，而在施加在柵極端子的電壓改變時，比其本應有的改變更小。
在圖2中，示出了傳統CE型OPS 20、第一控制信號發生器21、第二控制信號發生器22、第一偏壓源23、第二偏壓源24、負載25、電壓供應正極端子26以及電壓供應負極端子27的電路圖。第一偏壓源23的正極端子連接至電壓供應正極端子26。第一偏壓源23的負極端子連接至第一控制信號發生器21的第一端子。第一控制信號發生器21的第二端子連接至屬於OPS 20的P溝道FET 28的柵極端子。第二偏壓源24的負極端子連接至電壓供應負極端子27。第二偏壓源24的正極端子連接至第二控制信號發生器22的第一端子。第二控制信號發生器22的第二端子連接至屬於OPS 20的N溝道FET 29的柵極端子。P溝道FET 28的源極端子通過第一負反饋電阻器30連接至電壓供應正極端子26。P溝道FET 28的漏極端子連接至輸出節點31。 N溝道FET 29的源極端子通過第二負反饋電阻器32連接至電壓供應負極端子27。N溝道FET 29的漏極端子連接至輸出節點31。輸出節點31連接至負載25的第一端子。負載25的第二端子接地。
負反饋電阻器30、32使OPS 20的輸出阻抗增加。基本原理類似於CC型OPS。因此，負載電流的增加使跨過對應負反饋電阻器30或負反饋電阻器32的電壓增加。電流增加被由跨過負反饋電阻器30或負反饋電阻器32的電壓增加直接引起的控制電壓VGS的減小所抵消。
因而，在傳統輸出級中，輸出阻抗受到由於負反饋電阻器的存在而導致的不利影響。負反饋電阻器及其相關的有源輸出裝置形成了相對於向負載傳輸的電流來說突出的負反饋迴路，無論是使用CC型還是CE型的OPS。在現有技術中這種類型的無源電阻器被稱為局部反饋。
根據本發明的一個重要方面，以不會形成上述類型的局部反饋迴路的方式，在OPS源出電路中設置用於有利於檢測通過OPS源出電路傳導的電流的源出電流檢測電阻器。
而且，以不會形成上述類型的局部反饋迴路的方式，在OPS吸收電路中設置用於有利於檢測通過OPS吸收電路被傳導的電流的吸收電路檢測電阻器。
因而，源出電流檢測電阻器和吸收電流檢測電阻器與在各個局部反饋迴路中所包括的不同，並且因此相對於流入/流出負載的電流來說是不突出的。
還注意到，在推挽式放大器中，當傳導負載電流時，在任何給定時間，其或者是通過OPS的源出電路或者是通過OPS的吸收電路來進行傳導。通過源出電路傳導的負載電流和通過吸收電路傳導的負載電流相互獨立。
另外，假設存在連續的靜態電流，靜態電流同時通過OPS的源出電流和吸收電流傳導。
從而，當負載電流通過源出電路傳導時，為負載電流和靜態電流的總和的較大總電流實際上是通過源出電路進行傳導的，而靜態電流只通過吸收電路傳導。
相反，當負載電流通過吸收電路傳導時，作為負載電流和靜態電流的總和的較大總電流實際上是通過源出電路進行傳導的，而靜態電流單獨通過源出電路傳導。
根據電流是通過源出電路還是吸收電路進行傳導的，將總電流(即，負載電流和靜態電流的總和)稱為源出電流和吸收電流。
從而，在負載電流存在的任一時刻，通過OPS的源出和吸收電路的最小一個電流是實際的靜態電流。在負載電流不存在的情況下，通過源出和吸收電路的電流是同一個並相等，即靜態電流。
這些觀察到的事實是本發明另一個方面的基礎，根據這些事實，只有通過源出電路的電流和通過吸收電路的電流中的最小一個決定產生的信號。該信號控制通過負反饋迴路配置的靜態電流，用於基本保持靜態電流恆定。
更特別地，將表示通過跨過源出電流檢測電阻器的電壓所檢測的通過源出電路的電流的源出電流信號與通過跨過吸收電流檢測電阻器的電壓所檢測的通過吸收電路的電流的吸收電流信號進行比較。具有表示最小電流的值的源出電流信號和吸收電流信號中的一個、或表示同一個並相等的電流的信號中的任何一個決定所產生的偏壓控制信號，而具有表示更大電流的值的信號是隱性的，即，對產生的控制信號沒有影響。偏壓控制信號與確定的電流和確定的電流信號成比例。
將參考圖3進一步描述本發明，圖3示意性地示出了根據本發明的放大器的第一實施例，其中，輸入信號發生器30連接至放大器的輸入端以及負載31連接至放大器的輸出端。
輸入信號發生器30的第一端子接地。輸入信號發生器30的第二端子連接至偏壓級的第一可編程恆定電壓發生器32的負極端子以及偏壓級的第二可編程恆定電壓發生器33的正極端子。第一電壓發生器32的正極端子連接至位於OPS 35中的N溝道FET 34的柵極端子。第二電壓發生器33的負極端子連接至也位於OPS中的P溝道FET 36的柵極端子。在OPS 35中的源出電流檢測電阻器37具有連接至電源38的正極端子的第一端子。源出電流檢測電阻器37的第二端子連接至N溝道FET 34的漏極端子。N溝道FET 34的源極端子直接連接至輸出節點39。輸出節點39連接至負載31的第一端子。負載31的第二端子接地。輸出節點39也直接連接至P溝道FET 36的源極端子。P溝道FET 36的漏極端子連接至OPS 35中的吸收電流檢測電阻器40的第一端子。吸收電流檢測電阻器40的第二端子連接至電源38的負極端子。電源38的電壓中點端子接地。
而且，源出電流檢測電阻器37的第一和第二端子連接至源出電流檢測電路的放大器41的各個輸入端。吸收電流檢測電阻器40的第一和第二端子連接至吸收電流檢測電路的放大器42的各個輸入端。源出電流檢測電路的輸出端連接至源出可編程恆定電流發生器43的控制輸入端。吸收電流檢測電路的輸出端連接至吸收可編程恆定電流發生器44的控制輸入端。源出電流發生器43的供應端子連接至電源38的正極端子。源出電流發生器43的電流源端子連接至最小電流確定電阻器45的第一端子。最小電流確定電阻器45的第二端子連接至吸收電流發生器44的電流吸收端子。吸收電流發生器44的供應端子連接至電源38的負極端子。最小電流確定電阻器45的第一和第二端子連接至最小電流確定差分放大器46。最小電流確定差分放大器46的輸出端連接至第一電壓發生器32的各個控制輸入端以及偏壓級的第二電壓發生器33。
輸入信號發生器30表示例如VAS。可編程DC偏移通過構成偏壓電路的一部分的可編程恆定電壓發生器32、33來實現。來自輸入信號發生器30的輸出信號被電壓電平移動，並且被分成了用於分別控制N溝道FET 34和P溝道FET 36的第一和第二控制信號。N溝道FET 34和P溝道FET 36是承載負載電流的功率處理有源輸出裝置。
電流檢測電路被設置為用於產生第一控制電流和第二控制電流。電流檢測電路檢測跨過源出電流檢測電阻器37的第一電壓，並且響應於其將控制信號傳輸至源出可編程恆定電流發生器43的控制輸入端。而且，電流檢測電路檢測跨過吸收電流檢測電阻器40的第二電壓，並且響應於其將控制信號傳輸至吸收可編程恆定電流發生器44的控制輸入端。
源出電流發生器43產生第一電流I1，而吸收電流發生器44產生第二電流I2。當電流發生器43、44在其線性、非飽和區域中運行時，產生的第一和第二電流與通過OPS的源出電路和吸收電路的各個電流成比例。這是當第一電流等於第二電流時，即，當沒有電流通過負載31時的情況。
源出電流發生器43將第一電流I1源出到最小電流確定電阻器45的第一端子，而吸收電流發生器44從最小電流確定電阻器45的第二端子吸收第二電流I2。跨過最小電流確定電阻器45的電壓表示跨過最小電流確定電阻器45的電流，該電流等於通過源出電路的電流和通過OPS 35的吸收電路的電流中的最小一個。
這是因為進入最小電流確定電阻器45的電流等於從最小電流確定電阻器45輸出的電流。從而，使試圖源出或吸收較大的一個電流的電流發生器43或電流發生器44中的一個飽和。
結果，通過源出電路的電流和通過OPS 35的吸收電路的電流中的最小一個變得決定通過最小電流確定電阻器45的電流。從而，跨過最小電流確定電阻器45的電壓是通過源出電路的電流和通過OPS 35的吸收電路的電流中的最小一個的比例表示。
響應於跨過最小電流確定電阻器45的電壓，通過負反饋迴路控制靜態電流，因而該電壓還表示靜態電流。更具體地，通過最小電流確定差分放大器46檢測跨過最小電流確定電阻器45的電壓。最小電流確定差分放大器46將表示最小電流的信號提供給可編程恆定電壓發生器32以及可編程恆定電壓發生器33。跨過最小電流確定電阻器45的電壓的增加導致來自最小電流確定差分放大器46的信號能使得跨過可編程恆定電壓發生器32、33的偏壓減小，反之亦然。
特別注意，電流檢測電阻器37、40不是負反饋變阻器。在輸出電晶體34、36的輸出級35中沒有負反饋變阻器。
由於跨過電流檢測電阻器37、40的電壓的相關改變並不直接而是被動地引起控制電壓VGS的改變，因此負載電流或靜態電流的改變不能通過局部反饋來抵消。
此外，偏壓相等。從而偏壓調節對稱，這對失真來說是有利的。
現在將參考圖4進一步描述本發明，圖4示出了更詳細的實施例。輸入信號發生器50具有接地的第一端子、以及連接至源出偏壓電阻器51的第一端子和吸收偏壓電阻器52的第一端子的第二端子。源出偏壓電阻器51的第二端子連接至PNP電晶體53的集電極端子以及N溝道FET 54的柵極端子。PNP電晶體53的基極端子連接至電壓源55的負極端子。電壓源55的正極端子連接至第一輔助電壓源56的正極端子。PNP電晶體53的發射極端子連接至電阻器57的第一端子。電阻器57的第二端子連接至NPN電晶體58的發射極端子。NPN電晶體58的集電極端子連接至第一輔助電壓源56的正極端子。N溝道FET 54的漏極端子連接至源出電流檢測電阻器59的第一端子以及電阻器60的第一端子。源出電流檢測電阻器59的第二端子連接至源出電壓源61的正極端子以及第一輔助電壓源56的負極端子。電阻器60的第二端子連接至PNP電晶體62的集電極端子以及NPN電晶體63的基極端子。PNP電晶體62的發射極端子連接至電阻器64的第一端子。電阻器64的第二端子連接至第一輔助電壓源56的正極端子。NPN電晶體63的發射極端子連接至電阻器65的第一端子。NPN電晶體63的集電極端子連接至電阻器66的第一端子。電阻器65的第二端子連接至恆定電流發生器67的第一端子以及電阻器68的第一端子。恆定電流發生器67的第二端子接地。電阻器68的第二端子連接至NPN電晶體69的發射極端子。NPN電晶體69的集電極端子連接至電阻器70的第一端子以及PNP電晶體71的基極端子。電阻器70的第二端子連接至第一輔助電壓源56的正極端子。PNP電晶體71的發射極端子連接至PNP電晶體62的基極端子以及電阻器72的第一端子。電阻器72的第二端子連接至第一輔助電壓源56的正極端子。PNP電晶體71的集電極端子連接至NPN電晶體73的基極端子以及電阻器74的第一端子。NPN電晶體73的集電極端子連接至電阻器75的第一端子以及NPN電晶體58的基極端子。電阻器75的第二端子連接至第一輔助電壓源56的正極端子。NPN電晶體73的發射極端子連接至電阻器76的第一端子。源出電壓源61的負極端子接地。
此外，吸收偏壓電阻器52的第二端子連接至NPN電晶體90的集電極端子以及P溝道FET 91的柵極端子。NPN電晶體90的基極端子連接至電壓源92的正極端子。電壓源92的負極端子連接至第二輔助電壓源93的負極端子。NPN電晶體90的發射極端子連接至電阻器94的第一端子。電阻器94的第二端子連接至PNP電晶體95的發射極端子。PNP電晶體95的集電極端子連接至第二輔助電壓源93的負極端子。P溝道FET 91的漏極端子連接至吸收電流檢測電阻器96的第一端子以及電阻器97的第一端子。吸收電流檢測電阻器96的第二端子連接至吸收電壓源98的負極端子以及連接至第二輔助電壓源93的正極端子。電阻器97的第二端子連接至NPN電晶體99的集電極端子以及PNP電晶體100的基極端子。NPN電晶體99的發射極端子連接至電阻器101的第一端子。電阻器101的第二端子連接至第二輔助電壓源93的負極端子。PNP電晶體100的發射極端子連接至電阻器102的第一端子。PNP電晶體100的集電極端子連接至電阻器103的第一端子。電阻器102的第二端子連接至恆定電流發生器104的第一端子以及電阻器105的第一端子。恆定電流發生器104的第二端子接地。電阻器105的第二端子連接至PNP電晶體106的發射極端子。PNP電晶體106的集電極端子連接至電阻器107的第一端子以及NPN電晶體108的基極端子。電阻器107的第二端子連接至第二輔助電壓源93的負極端子。NPN電晶體108的發射極端子連接至NPN電晶體99的基極端子以及電阻器109的第一端子。電阻器109的第二端子連接至第二輔助電壓源93的負極端子。NPN電晶體108的集電極端子連接至PNP電晶體110的基極端子以及電阻器74的第二端子。PNP電晶體110的集電極端子連接至電阻器111的第一端子以及PNP電晶體95的基極端子。電阻器111的第二端子連接至第二輔助電壓源93的負極端子。PNP電晶體110的發射極端子連接至電阻器76的第二端子。N溝道FET 54的源極端子以及P溝道FET 91的源極端子分別連接至負載112的第一端子。負載的第二端子接地。吸收電壓源98的正極端子接地。
源出電流檢測電阻器59、吸收電流檢測電阻器96、N溝道FET54和P溝道FET 91構成源跟隨器，即，CC型OPS，其中，N溝道FET 54和P溝道FET 91是有源輸出裝置。通過檢測跨過源出電流檢測電阻器59和吸收電流檢測電阻器96的各個電壓，來實現檢測通過N溝道FET 54的源出電流ID1和通過P溝道FET 91的吸收電流ID2。
通過各自所謂的差動放大器(long-tailed-pair)實現依次電壓檢測。第一差動放大器包括電晶體63、電晶體69、電阻器65、電阻器68、恆定電流發生器67、電阻器66以及電阻器70。第二差動放大器包括電晶體100、電晶體106、電阻器102、電阻器105、恆定電流發生器104、電阻器103以及電阻器107。在本實施例中，各個電阻器與所述恆定電流發生器67、104非常近似。
差動放大器包括在各個差分放大器中。第一差分放大器還包括電晶體71和電阻器72，以及第二差分放大器還包括電晶體108和電阻器109。響應於跨過第一差分放大器的輸入端所施加的差分電壓，電晶體71和電阻器72產生恆定電流IC1，並且響應於跨過第二差分放大器的輸入端所施加的差分電壓，電晶體108和電阻器109產生恆定電流IC2。通過電阻器60、97將輸入施加在各個電流檢測電阻器59、96上。以下將解釋電阻器60、97的功能。
恆定電流IC1構成第一差分放大器的輸出信號，以及IC2構成第二差分放大器的輸出信號。
設置電晶體62、電阻器64和電阻器60以提供對在第一差分放大器的輸出端所產生的電流IC1的負反饋。檢測跨過電阻器72的電壓，該電壓表示電流IC1，並且跨過電阻器60產生成比例的電壓，從而引起負反饋。
相反，設置電晶體99、電阻器101和電阻器97以提供對在第二差分放大器的輸出端所產生的電流IC2的負反饋。檢測跨過電阻器109的電壓，該電壓表示電流IC2，並且跨過電阻器97產生成比例的電壓，從而引起負反饋。
上述的負反饋配置減小了處理變化(即，由製造公差導致的部件之間的參數變化、以及熱變化)的影響。結果，電流IC1和IC2變得非常精確。
假設電晶體71在其線性運行範圍內運行，電流IC1是電流ID1的比例表示，而假設電晶體108在其線性運行範圍內運行，電流IC2是電流ID2的比例表示。
但是，電晶體71將電流IC1源出到電阻器74中，而電晶體107從電阻器74吸收電流IC2。根據基爾霍夫(Kirchoff)電流定律，進入或流出節點的電流的代數和應當等於零，在存在負載電流的情況下，或者電晶體71具有比電晶體108的電流吸收能力更強的電流源出能力，或者電晶體108具有比電晶體71的電流源出能力更強的電流吸收能力。從而，不是電晶體71飽和，就是電晶體108飽和。
因此，電流IC1或IC2不表示電流ID1或ID2中較大的一個，而是被凹進，以使得電流IC1和IC2變得基本相等。電流IC1和IC2結果均表示電流ID2和ID2中較小的一個，即，靜態電流。從而，跨過電阻器74的電壓表示靜態電流。
包括電晶體73、電晶體110、電阻器76、電阻器75和電阻器111的差分放大電路放大跨過電阻器74的電壓。差分放大電路的第一和第二輸出控制了各個可編程的恆定電流發生器，其中的一個由電晶體58、電阻器57、以及電晶體53和電壓源55構成，而另一個由電晶體95、電阻器94、以及電晶體90和電壓源92構成。
由可編程恆定電流發生器產生的電流產生跨過電阻器51、52的各個電壓。這些電壓是偏壓。偏壓確定靜態電流，而輸入信號發生器50的電壓基本確定負載112(即，OPS的輸出端)的電壓。
OPS的輸入信號是施加至有源輸出裝置54、91的柵極端子的各個OPS控制電壓。因為OPS是基本的源跟隨器，所以OPS控制電壓被稱為在OPS的輸出端的電壓。因為存在負反饋電阻器，所以不管負載電流如何，在相關的有源輸出裝置的柵極端子和源極端子之間的OPS控制電壓和電壓VGS是同一個並且相等。
從而，在僅存在通過有源輸出裝置的有限跨導確定的負載電流時，OPS不具有統一的電壓增益。
跨導是由輸出電晶體的柵極端子和源極端子之間的電壓VGS的(一伏特)改變所帶來的漏電流ID的改變。
假設跨導足夠大，從而放大器基本是負載恆定，即，輸出電壓基本不受到變化的負載阻抗的影響。
輸入信號發生器50通常表示輸入級和VAS。可編程恆定電流發生器的電流基本相等。從而，恆定電流發生器不構成輸入信號發生器50上的負載。
而且，跨過電阻器51和電阻器52的電壓相等，並且整個電路以使得偏壓控制相同地影響源出有源輸出裝置(即，N溝道FET 54)和吸收有源輸出裝置(即，P溝道FET 91)的方式被設置。從而，偏壓是對稱的。
以下將參考圖5進一步描述本發明，圖5示出了本發明的另一個實施例。輸入信號發生器120具有接地的第一端子。輸入信號發生器120的第二端子連接至NPN電晶體121的基極端子。NPN電晶體121的集電極端子連接至電阻器122的第一端子以及PNP電晶體123的基極端子。電阻器122的第二端子連接至第一輔助電壓源124的正極端子。NPN電晶體121的發射極端子連接至電阻器125的第一端子。電阻器125的第二端子連接至電流發生器126的第一端子以及電阻器127的第一端子。電阻器127的第二端子連接至NPN電晶體128的發射極端子。NPN電晶體128的集電極端子連接至電阻器129的第一端子。電阻器129的第二端子連接至第一輔助電壓源124。電流發生器126的第二端子連接至第二輔助電壓源130。NPN電晶體128的基極端子連接至電阻器131的第一端子以及電阻器132的第一端子。電阻器132的第二端子連接至負載133的第一端子。負載133的第二端子接地。PNP電晶體123的基極端子連接至電阻器134的第一端子。PNP電晶體123的集電極端子連接至NPN電晶體135的基極端子以及二極體136的正極端子。二極體136的負極端子連接至二極體137的正極端子。二極體137的負極端子連接至二極體138的正極端子。二極體138的負極端子連接至PNP電晶體139的發射極端子。PNP電晶體139的集電極端子連接至電流發生器140的第一端子。電流發生器140的第二端子連接至第二輔助電壓源130的負極端子。PNP電晶體139的基極端子連接至PNP電晶體139的集電極端子以及PNP電晶體141的基極端子。
NPN電晶體135的發射極端子連接至電阻器150的第一端子。電阻器150的第二端子連接至負載133的第一端子。NPN電晶體135的集電極端子連接至電阻器151的第一端子以及PNP電晶體152的基極端子。PNP電晶體141的集電極端子連接至第二輔助電壓源130的負極端子。PNP電晶體141的發射極端子連接至電阻器153的第一端子。電阻器153的第二端子連接至NPN電晶體154的發射極端子。NPN電晶體154的基極端子連接至負載133的第一端子。NPN電晶體154的集電極端子連接至電阻器155的第一端子以及PNP電晶體156的基極端子。電阻器151的第二端子和電阻器155的第二端子連接至NPN電晶體157的發射極端子以及電阻器158的第一端子。電阻器158的第二端子連接至電位計159的第一端子。電位計159的遊標端子連接至NPN電晶體157的基極端子。電位計159的第二端子連接至電阻器160的第一端子。電阻器160的第二端子連接至第一輔助電壓源124的正極端子。NPN電晶體157的集電極端子連接至第一輔助電壓源124的正極端子。
PNP電晶體156的發射極端子連接至電阻器161的第一端子。PNP電晶體152的發射極端子連接至電阻器162的第一端子。電阻器161的第二端子和電阻器162的第二端子連接至NPN電晶體163的發射極端子。NPN電晶體163的集電極端子連接至第一輔助電壓源124的正極端子。PNP電晶體156的集電極端子連接至NPN電晶體170的基極端子以及二極體171的正極端子。二極體171的負極端子連接至二極體172的正極端子。二極體172的負極端子連接至二極體173的正極端子。二極體173的負極端子連接至電阻器174的第一端子以及PNP電晶體175的基極端子。電阻器174的第二端子連接至電流檢測電阻器176的第一端子。
PNP電晶體152的集電極端子連接至二極體177的正極端子和NPN電晶體178的基極端子。二極體177的負極端子連接至二極體179的正極端子。二極體179的負極端子連接至二極體180的正極端子。二極體180的負極端子連接至電阻器181的第一端子和PNP電晶體182的基極端子。電阻器181的第二端子連接至負載133的第一端子。NPN電晶體178的集電極端子連接至第三輔助電壓源183的正極端子。NPN電晶體178的發射極端子連接至電阻器184的第一端子。電阻器184的第二端子連接至第一N溝道FET 185的柵極端子和電阻器186的第一端子。電阻器186的第二端子連接至PNP電晶體182的發射極端子。PNP電晶體182的集電極端子連接至負載133的第一端子。第三輔助電壓源183的負極端子連接至負載133的第一端子。NPN電晶體170的集電極端子連接至第四輔助電壓源187的正極端子。NPN電晶體170的發射極端子連接至電阻器188的第一端子。電阻器188的第二端子連接至第二N溝道FET189的柵極端子和電阻器190的第一端子。電阻器190的第二端子連接至PNP電晶體175的基極端子。第四輔助電壓源187的負極端子連接至電流檢測電阻器176的第一端子。第一輔助電壓源124的負極端子連接至正電源191的正極端子。第二輔助電壓源130的正極端子連接至負電源192的負極端子。正電源191的負極端子和負電源192的正極端子接地。
而且，第一N溝道FET 185的源極端子連接至負載133的第一端子和第二N溝道FET 189的漏極端子。第一N溝道FET 185的漏極端子連接至電流檢測電阻器200的第一端子和電阻器201的第一端子。電流檢測電阻器200的第二端子連接至正電源191的正極端子。電阻器201的第二端子連接至NPN電晶體202的基極端子和PNP電晶體203的集電極端子。PNP電晶體203的發射極端子連接至電阻器204。電阻器204的第二端子連接至第一輔助電壓源124的正極端子。NPN電晶體202的集電極端子連接至電阻器205的第一端子。電阻器205的第二端子連接至第一輔助電壓源124的正極端子。NPN電晶體202的發射極端子連接至電阻器206的第一端子。電阻器206的第二端子連接至第三電流發生器207的第一端子和電阻器208的第一端子。電阻器208的第二端子連接至NPN電晶體209的發射極端子。NPN電晶體209的集電極端子連接至PNP電晶體210的基極端子和電阻器211的第一端子。電阻器211的第二端子連接至第一輔助電壓源124的正極端子。NPN電晶體209的基極端子連接至正電源191的正極端子。電流發生器207的第二端子接地。
第二N溝道FET 189的第二端子連接至電流檢測電阻器176的第一端子和電阻器212的第一端子。電阻器212的第二端子連接至PNP電晶體213的基極端子和NPN電晶體214的集電極端子。電晶體214的發射極端子連接至電阻器215的第一端子。電阻器215的第二端子連接至第二輔助電壓源130的負極端子。PNP電晶體213的集電極端子連接至電阻器216的第一端子。電阻器216的第二端子連接至第二輔助電壓源130的負極端子。PNP電晶體213的發射極端子連接至電阻器217的第一端子。電阻器217的第二端子連接至第四恆定電流發生器218以及電阻器219的第一端子。電阻器219的第二端子連接至PNP電晶體220的發射極端子。PNP電晶體220的集電極端子連接至NPN電晶體221的基極端子和電阻器222的第一端子。電阻器222的第二端子連接至第二輔助電壓源130的負極端子。PNP電晶體220的基極端子連接至負電源192的負極端子。第四恆定電流發生器218的第二端子接地。
PNP電晶體210的發射極端子連接至電阻器223的第一端子和PNP電晶體203的基極端子。電阻器223的第二端子連接至第一輔助電壓源124的正極端子。PNP電晶體210的集電極端子連接至電阻器224的第一端子和NPN電晶體225的基極端子。電阻器224的第二端子連接至PNP電晶體226的基極端子和NPN電晶體221的集電極端子。電晶體221的發射極端子連接至NPN電晶體214的基極端子和電阻器227的第一端子。電阻器227的第二端子連接至第二輔助電壓源130的負極端子。電阻器228的第一端子連接至輔助電壓源124的正極端子。電阻器228的第二端子連接至NPN電晶體163的基極端子和NPN電晶體225的集電極端子。NPN電晶體225的發射極端子連接至電阻器229的第一端子。電阻器229的第二端子連接至PNP電晶體226的發射極端子。PNP電晶體226的集電極連接至第二輔助電壓源130的負極端子。
信號發生器120生成表示將被放大器放大的低電平信號的信號。在NPN電晶體121的基極端子處，信號進入差分輸入級的正差分輸入端。輸入級進一步包括NPN電晶體128、電阻器125、電阻器127、電阻器122、電阻器129以及恆定電流發生器126。NPN電晶體128的基極端子構成差分輸入級的負極差分輸入端。輸入級是放大器的第一差動放大器。
第一差動放大器的輸出端連接至VAS。VAS由電阻器134、PNP電晶體123、二極體136、二極體137、二極體138、PNP電晶體139、以及恆定電流發生器140構成。VAS具有兩個輸出，兩個輸出具有由通過二極體136、137、138和PNP電晶體139的總電壓降所確定的相互的電壓差。
電流檢測電阻器200、電流檢測電阻器176、第一N溝道FET 185以及第二N溝道FET 189形成準互補OPS，其中，第一N溝道FET185和第二N溝道FET 189是分別用於源出和吸收電流的有源輸出裝置。從而，它們分別被稱為源出FET 185和吸收FET 189。OPS的輸出端構成了放大器的輸出端，放大器的輸出端可連接至諸如擴音器的負載133。
相對於另一個輸出為正的VAS的一個輸出被提供給源出驅動電路的輸入端，源出驅動電路的輸出被提供給源出FET 185的柵極端子。電路包括電阻器151、NPN電晶體135、電阻器150、電阻器162、PNP電晶體152、二極體177、二極體179、二極體180、電阻器181、NPN電晶體178、電阻器184、電阻器186、PNP電晶體182、以及第三輔助電壓源183。
連接有VAS的源出驅動電路的輸入信號是在NPN電晶體135的基極端子和放大器的輸出端之間所提供的電壓。從而，來自VAS的輸入信號被直接提供給OPS的輸出節點。源出驅動電路提供具有關於第一FET 185的源極端子的電壓增益(例如，整體增益)的輸出信號。源出驅動電路的輸出信號是在源出FET 185的柵極端子和源極端子之間直接施加的電壓VGS。
電路具有兩個附加的輸入端。它們用於偏壓控制。包括電阻器160、電位計159、電阻器158以及NPN電晶體157的電路構成了電壓源，其輸出被提供給所述兩個附加輸入端中的第一個。電壓源提供可編程但是基本上為靜態的控制電壓，用於控制源出FET 185的偏壓、並且依次控制OPS的靜態電流。該電壓被提供給第一輔助電壓源124的正極端子。將由NPN電晶體163的發射極端子提供的電壓提供給所述兩個附加輸入端中的第二個。
相對於另一個為負的VAS的一個輸出被提供給吸收驅動電路的輸入端，吸收驅動電路的輸出被提供給吸收FET 189的柵極端子。該電路包括PNP電晶體141、電阻器153、NPN電晶體154、電阻器155、電阻器161、PNP電晶體156、二極體171、二極體172、二極體173、電阻器174、NPN電晶體170、電阻器188、電阻器190、PNP電晶體175以及第四輔助電壓源187。
吸收驅動電路在功能上與源出驅動電路相似，但是，吸收驅動電路的輸出端被連接到吸收FET 189的源極端子而不是源出FET185的源極端子。輸入信號是在電晶體141的基極端子和放大器的輸出之間所施加的電壓。從而，來自VAS的輸入信號被直接提供給OPS的輸出節點。雖然是負的，但增益基本與源出驅動電路的增益相同。因此，吸收驅動電路將其輸入端的信號反相。吸收驅動電路的輸出信號是在吸收FET 189的柵極端子和源極端子之間所直接施加的電壓VGS。
吸收驅動電路還具有兩個用於偏壓控制的附加輸入端，其以與源出驅動電路的兩個附加輸入端相同的形式連接。因此，上述電壓源的輸出被提供給吸收驅動電路的所述兩個附加輸入端中的第一個，用於控制吸收FET 189的偏壓、並且依次控制OPS的靜態電流。NPN電晶體163的發射極端子處的電壓提供給吸收驅動電路的所述兩個附加輸入端中的第二個。
源出驅動電路和吸收驅動電路可以被看作包括電流反射鏡，其DC工作點可通過在偏壓控制輸入端施加電壓來編程。在電阻器155的第二端子處所施加的和施加到電阻器151的第二端子的電壓通常控制基本靜態的偏壓，而施加至電阻器161的第二端子和施加至電阻器162的第二端子的電壓控制動態偏壓。在偏壓控制輸入端上所施加的差分模式的電壓引起在源出和吸收有源輸出裝置185、189的柵極端子和源極端子之間施加的各個偏壓。偏壓基本相等。
通過源出FET 185和吸收FET 189的電流是通過檢測跨過電流檢測電阻器200、176的各個電壓來確定的。NPN電晶體202、209的基極端子是輸入端，用於經由電阻器201測量跨過電流檢測電阻器200的電壓。NPN電晶體202、209是第二差分放大器的第二差動放大器的構件，用於放大通過電流檢測電阻器200的電壓、並且將其轉換成將被源出到電阻器224的源出檢測電流IC1。所述差動放大器進一步包括恆定電流發生器207。在所示的實施例中，恆定電流發生器207與電阻器非常近似。
相反地，PNP電晶體213、220的基極端子是輸入端，用於經由電阻器212測量跨過電流檢測電阻器176的電壓。PNP電晶體213、220是第三差分放大器的第三差動放大器的構件，用於放大跨過電流檢測電阻器176的電壓、並且吸收來自電阻器224的吸收檢測電流IC2。所述差動放大器進一步包括恆定電流發生器218。在所示的實施例中，恆定電流發生器218與電阻器非常近似。
檢測跨過電阻器224的電壓，並且在NPN電晶體163的基極端子施加被提供給第一輔助電壓源124的正極端子的成比例電壓。NPN電晶體163作為射極跟隨器運行。因此，在NPN電晶體163的發射極端子與第一輔助電壓源124的正極端子之間呈現與跨過電阻器224的電壓成比例的電壓。
因此，上述用於控制偏壓的可編程但基本靜態的控制電壓的增加導致有源輸出裝置的柵極電壓VGS的增加，從而靜態電流增加，反之亦然。
此外，第一輔助電壓源124的正極端子和NPN電晶體163的射極端子之間的電壓的增加導致有源輸出裝置的柵極電壓減小，反之亦然。
靜態控制電壓可以通過電位計159來調節。通過稍微不同的選擇，例如，通過稍微增加電流檢測電阻器200、176的阻抗、或通過由例如電熱調節器(未示出)引入溫度補償，來消除在生成期間調節各個放大器所需的電位。因此，電位計159可以被放棄，或者可以被固定電阻器網絡來代替。
不配置電流檢測電阻器200、176來通過局部反饋被動控制在源出FET 185和吸收FET 189的柵極端子和源極端子之間所施加的各個電壓VGS。
特別注意到，雖然電流檢測電阻器176連接至吸收FET 189的源極端子，但其不是負反饋電阻器，因為它事實上不形成局部反饋迴路。跨過電流檢測電阻器176的電壓降不直接導致施加在吸收FET 189的柵極端子和源極端子之間的電壓VGS的減小。反而，電壓VGS取決於跨過電阻器174的電壓，電阻器依次取決於由電晶體156等提供的電流。
包括電晶體203、電阻器204和電阻器201的電路、以及包括電晶體214、電阻器215和電阻器212的電路以與圖4的實施例相同的方式提供反饋，用於降低處理和熱變化的影響，從而提供高精確的電流IC1和IC2。
放大器還採用全局、總的負電壓反饋。在NPN電晶體128的基極端子處，包括電阻器132和電阻器131的反饋網絡被設置在放大器的輸出端和上述第一差動放大器的負極輸入端之間。
可以在放大器的輸入級中增加補償電容器(未示出)，例如，米勒(miller)型電容，以增加放大器的穩定性，以便實現主導極點。在現有技術中補償是已知技術。
應該想到，對於CC和CE布局和準互補這兩種設計來說，在不脫離本發明的範圍和精神的條件下，OPS電流檢測電阻器可以位於與圖中所示的不同位置。與設置電流檢測電阻器相關的本發明的重要方面在於跨過位於OPS的源出和吸收電流路徑中的電流檢測電阻器的電壓(用於分別檢測通過源出電路和吸收電路的電流)沒有被動並直接影響在對應有源輸出裝置的輸入端所施加的控制信號。
這通常是通過使施加至有源輸出裝置的柵極端子、基極端子或等效端子的OPS控制電壓與直接與有源輸出裝置的共享端子(即，源極端子、發射極端子或等效端子等)的OPS控制電壓相關來實現的。
以下將參考圖6中所示的流程圖進一步描述本發明。
推挽式放大器的OPS中的源出電流是通過檢測跨過位於OPS的源出電流路徑中的源出檢測電阻器的第一電壓來檢測的，S1。
此外，OPS中的吸收電流是通過檢測跨過位於OPS的吸收電流路徑中的吸收檢測電阻器的第二電壓來檢測的，S2。
響應於分別表示源出電流和吸收電流的所檢測的第一和第二電壓，產生電流，該電流表示源出電流和吸收電流中的最小一個，S3。
電流通過電阻器被上拉，用於產生與其成比例的偏壓控制電壓。檢測並響應偏壓控制電壓，建立第一和第二偏壓，其控制放大器的靜態電流。第一和第二偏壓與偏置控制電壓成反比，用於提供負反饋，S4。
輸出級源出信號被直接提供給對應源出有源輸出裝置的共享端子，以及輸出級吸收信號被直接提供給對應吸收有源輸出裝置的共享端子，S5。
本發明可以應用到沒有在此明確描述的更廣範圍的種類、布局和操作模式中。對於本領域技術人員來說，本發明的任何必要改變是顯而易見的。本發明可應用到例如具有共發共基放大器或並聯有源輸出裝置的輸出功率級。有源輸出裝置通常是FET，例如垂直功率MOSFET(DMOSFET)或BJT，但也可以是例如電子管或IGBT。
權利要求
1.一種具有輸出級的電子推挽式放大器，其輸出級進一步包括用於通過源出電流路徑將源出電流源出到負載的至少一個源出有源輸出裝置、以及用於通過吸收電流路徑從所述負載吸收電流的至少一個吸收有源輸出裝置，所述放大器包括源出電流檢測電阻器，用於有利於檢測通過所述推挽式放大器的所述輸出級源出電流路徑的所述源出電流，所述源出電流檢測電阻器位於所述輸出級源出電流路徑中；吸收電流檢測電阻器，用於有利於檢測通過所述推挽式放大器的所述輸出級吸收電流路徑的所述吸收電流，所述吸收電流檢測電阻器位於所述輸出級吸收電流路徑中；以及靜態電流控制裝置，用於響應於分別通過所述輸出級源出電流路徑和所述吸收電流路徑的所述源出電流和所述吸收電流中的最小一個，控制通過所述輸出級源出電流路徑和所述輸出級吸收電流路徑的靜態電流，從而減小輸出阻抗和交越失真。
2.根據權利要求1所述的電子推挽式放大器，進一步包括源出驅動電路，用於生成直接施加至所述源出有源輸出裝置的共享端子的輸出級源出信號；以及吸收驅動電路，用於生成直接施加至所述吸收有源輸出裝置的共享端子的輸出級吸收信號。
3.根據權利要求2所述的電子推挽式放大器，其中，所述源出驅動電路生成直接施加在所述源出有源輸出裝置的柵極端子和源極端子之間的電壓，並且其中，所述吸收驅動電路生成直接施加在所述吸收有源輸出裝置的柵極端子和源極端子之間的電壓。
4.一種減小在具有輸出級的電子推挽式放大器中的輸出阻抗和交越失真的方法，其輸出級進一步包括用於源出通過源出電流路徑的源出電流的至少一個源出有源輸出裝置、以及用於吸收通過吸收電流路徑的吸收電流的至少一個吸收有源輸出裝置，所述方法包括以下步驟通過檢測經過設置在所述輸出級的所述源出電流路徑中的源出檢測電阻器的第一電壓，來檢測通過所述輸出級的所述源出電流路徑的所述源出電流；通過檢測經過設置在所述輸出級的所述吸收電流路徑中的吸收檢測電阻器的第二電壓，來檢測通過所述輸出級的所述吸收電流路徑的所述吸收電流；響應於所述源出電流和所述吸收電流，生成表示所述源出電流和所述吸收電流中的最小一個的偏壓控制信號，所述偏壓控制信號與所述源出電流和所述吸收電流中的所述最小一個成比例；響應於所述偏壓控制信號，控制源出偏壓和吸收偏壓；將在所述源出有源輸出裝置的柵極端子或基極端子施加的源出輸出級控制信號直接施加至所述源出有源輸出裝置的共享端子；以及將在所述吸收有源輸出裝置的柵極端子或基極端子施加的吸收輸出級控制信號直接施加至所述吸收有源輸出裝置的共享端子。
5.根據權利要求4所述的方法，進一步包括以下步驟響應於跨過所述源出檢測電阻器的電壓，產生第一偏壓控制信號，從而表示通過所述源出有源輸出裝置的電流；以及響應於跨過所述吸收檢測電阻器的電壓，產生第二偏壓控制信號，從而表示通過所述吸收有源輸出裝置的電流。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括以下步驟源出和吸收通過電阻器的電流，所述電流表示所述輸出級源出電流和所述輸出級吸收電流中的最小一個；檢測跨過所述電阻器的電壓，用於產生偏壓控制電壓；以及產生與所述偏壓控制電壓成反比的對稱偏壓。
全文摘要
本發明提供了一種具有低輸出阻抗和低交越失真的推挽式放大器。通過輸出級的源出電流路徑的電流和通過輸出級的吸收電流路徑的電流中的最小一個確定用於控制放大器的靜態電流而產生的靜態電流控制信號。通過響應於靜態電流控制信號對稱地控制施加到源出有源輸出裝置的偏壓以及施加到吸收有源輸出裝置的偏壓來控制靜態電流。用於控制源出有源輸出裝置的輸出級源出控制信號被直接施加到源出有源輸出裝置的共享端子，以及用於控制吸收有源輸出裝置的輸出級吸收控制信號被直接施加到吸收有源輸出裝置的共享端子。
文檔編號H03F3/30GK1918787SQ200580004997
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月15日 優先權日2004年2月18日
發明者彼得·桑德奎斯特 申請人:彼得·桑德奎斯特