一種輸出阻抗補償電路的製作方法
2023-12-04 18:07:41 2
專利名稱：一種輸出阻抗補償電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸出阻抗補償電路，更確切地說，利用射極跟隨器輸出正反饋電路以降低射極跟隨器的輸出阻抗。
背景技術：
射極跟隨電路，是指在三極體偏置電路中，三極體發射極向負載提供電壓。負載上的電壓稱為輸出電壓，負載上的電流稱為輸出電流。射極跟隨器的輸出阻抗是衡量由輸出電流的變化引起的輸出電壓的變化。對於一個小信號射極電阻三極體來說，它的一個功能是利用三級管基極與發射極交點處和輸出端子之間的電阻值，三極體的測試和等效電路的阻抗共同驅動射極跟隨器的基極工作。當輸 出電流流經射極跟隨器負載時，增大輸出阻抗將降低射極跟隨器的輸出電壓。在電路應用中，當輸出電流超出一定的範圍使得射極跟隨器的輸出電壓基本保持不變，這是理想化的。非零輸出阻抗不需要限制輸出電流的範圍，因為射極跟隨電路將使輸出電壓保持恆定不變。射極跟隨電路的輸出電流作為負載阻抗。出於這個原因，一個正的輸出阻抗限制了負載阻抗的範圍以提供一個基本恆定的電壓。鑑於上述情況，最好提供一個降低輸出阻抗的射極跟隨電路，這樣使得當輸出電流超過一定的範圍的時候，射極跟隨電路的電壓還能保持在一個基本恆定的值。當輸出電流增加很小時，發射極上的輸出電壓隨之減小，這在射極跟隨電路中也是可取的。同樣的道理，當把射極跟隨電路的輸出阻抗減小為一個負值時，當輸出電流增加時，射極輸出電壓也隨之增加。
發明內容
本發明的第一個目的是提供一種輸出阻抗補償電路，通過改變射極跟隨電路的輸出阻抗，使得輸出電壓保持在一個基本恆定的值。本發明的第二個目的是提供一種輸出阻抗補償電路，減小射極跟隨電路的輸出阻抗，使其基本上為零。本發明的第三個目的是提供一種輸出阻抗補償電路，減小射極跟隨電路的輸出阻抗，使其為負值。本發明的第四個目的是提供一種輸出阻抗補償電路，在射極跟隨電路中，給三極體的基極提供一個正反饋電壓，三極體集電極上將存在電流。對比文獻，實用新型專利一種信號輸出阻抗失真開環反饋補償裝置，申請號200720006958.
附圖將對本發明的優點作進一步的描述。部分器件的參考字符已在圖中標明。圖I所示電路圖是本發明輸出阻抗補償電路的第一種體現，它包括一個鏡像電流源電路。圖2所示電路圖是本發明輸出阻抗補償電路的第二種體現。圖3所示電路圖是本發明輸出阻抗補償電路在一個集成電壓調節器中的第三種體現。
具體實施例方式如圖I所示電路中，射極跟隨電路100中，有輸出三極體102.輸出三極體102的發射極與負載106的一端相連接，負載106的另一端接地。輸出三極體102的基極與基區電阻108的一端相連接，該電阻的另一端與一個電壓源110相連接。與射極跟隨電路100相關的鏡像電流電路112中，包含三極體114和116，電阻118和120。輸入電壓V分別於電阻118和120的一邊相連接，為鏡像電流電路112提供電壓。 電阻118的另一端與三極體116的發射極相連接，電阻120的另一端與三極體114的發射機相連接。三極體114的基極和集電極分別與三極體116的基極和輸出三極體102的集電極相連接。電壓V為鏡像電流電路112提供電流Il (從三極體116的集電極流出)和電流12 (從三極體114的基極/集電極節點流出)。假設電阻120和電阻118的阻值分別大於三極體114和116小信號射極電阻，忽略基極電流，電流Il與電流12的比值約等於電阻120和電阻118的阻值之比。(預設的電流Il和電流12的比值可以從已知的三極體116，114和發射極面積比獲得。如果使用三極體比率的話，那麼就可以去除電阻118和電阻120了。)在電路工作狀態下，電壓源110給輸出三極體102的基極和發射極之間提供電壓偏置，導致電流12流向輸出三極體102的集電極。忽略基極電流，電流12從輸出三極體102的發射極流出流向負載106。電流12所引起的電流Il正比於由電阻118與電阻120的比值所決定的電流12。再一次忽略基極電流，基區電阻108上的電流Il導致輸出三極體102基極上的電壓增加。輸出三極體102基極上的電壓為電流12貢獻了一部分，以建立一個正反饋迴路。增加輸出三極體102基極電壓試圖引起輸出三極體102發射極電壓的相應增加。通過正反饋迴路抑制射極跟隨器輸出阻抗發射極電壓的增加以抵消發射極電壓的增加。正反饋電路減少了射極跟隨器的有效輸出阻抗。通過減少輸出阻抗，當輸出正反饋迴路上的輸出電流增加的超過其範圍時，射極跟隨器上的輸出電壓基本保持不變。正反饋迴路上的響應由電阻108，118和120的阻值決定。該阻值最好的選擇是使輸出三極體102基極電壓與由負載106上的電流增加引起的輸出三極體102基極與發射極之間的電壓同數值的增加，以使射極跟隨器的有效輸出阻抗為零。如果存在這樣的基區電阻108的值的話，當用比率乘以電阻120的值大於電阻118的值的話，那麼基區電阻108的值就等於有效射極電阻(REEF)。有效射極電阻，反過來，等於輸出三極體102的小信號射極電阻re，基區電阻108除以射極跟隨器的電流增益(P )和一些在射極跟隨器基極與發射極埠，射極跟隨器輸出端子上的其他的電阻RE(包括寄生電阻)。REFF = re+R108/P +RE。三極體的射極電阻re大約等於VT/IC，其中VT是指熱電壓，IC是指三極體的集電極電流。熱電壓VT是由公式VT = kT/q決定的，其中k是玻爾茲曼常數，q是電子電荷，T是絕對溫度。在溫度為25°C時，絕對溫度大約等於26mV，即在集電極電流為I毫安，25°C時，射極電阻re為26歐姆。在圖I所示的電路中，假設re等於26歐姆，^為100，RE為零，電阻108，118，和120的阻值分別為I. 3千歐，6. 66千歐和200歐姆。其他的電阻的值將由發射極電流，P，預計的射極跟隨器輸出阻抗的值決定。射極跟隨電路將根據電阻108，118，120所選的值不同，給出的輸出阻抗可能為正值也可能為負值。因為射極電阻re的值影響著集電極電流，電阻108，118，120的阻值可以消除有效電阻REFF的影響，在特定的集電極電流下，圖I所示的輸出阻抗可以等於零。然而，由於輸出電流恆定，R108/P和RE的限制，導致射極電阻REFF的有效阻值不會太大。因此，相比於傳統的射極跟隨器的輸出電流遠超出規定的範圍，本發明的射極跟隨電路的優點在於輸出電流將穩定在較小的範圍內。相比於沒有使用本發明的電路，本發明可以在輸出電流超出很大的範圍的情況下，使得輸出阻抗減少一個數量級。圖2所示電路是本發明輸出阻抗補償電路的第二種體現。射極跟隨隨電路100與包含三極體214和116，電阻118和120的補償電路200相連接。三極體116的集電極同 時與輸出三極體102的基極和基區電阻108的一個端子相連接。三極體116的發射極與電阻108的一個端子相連接，該電阻的另一個端子與電壓V相連接。三極體116的基極同時與輸出三極體102的集電極和電阻120的一個端子相連接，該電阻的另一個端子與三極體214的發射極相連接。三極體214的基極和集電極與電壓V相連接，使得三極體214作為一個二極體，其正極與電壓V相連接。電路在工作中，三極體214和116的基極與發射極的埠電壓基本相等，這使得電阻118和120的兩端電壓也基本相等。忽略基極電流，從三極體116的集電極流出的電流Il的值大約等於流向輸出三極體102的電流12的值乘以電阻120與電阻118的阻值比。再一次忽略基極電流，電流Il的值大約等於流經基區電阻108的電流值。如圖I所示電路中，輸出三極體102的基極電壓影響著電流12，從而建立的正反饋迴路以減少射極跟隨電路的輸出阻抗。輸出阻抗的值為零由基區電阻108的值，電阻120與電阻118的阻值比和輸出三極體102的有效射極電阻共同決定。建立一個輸出電阻除零以外的值，只要改變電阻108，118和120的阻值。圖3所示電路是本發明輸出阻抗補償電路的第三種體現，是該電路在集成電路電壓調整電路中另一種體現。下面給出了一些電路參數以供選擇，並給出了說明，但並不限制。當負載106上的電流IOUT在幾微安到幾毫的範圍內變化時，使得負載306上的輸出電壓大約為0.4伏特。射極跟隨電路300中有一個輸出三極體102，輸出三極體102的發射極與電阻320的一個端子相連接，該電阻的另一個端子與負載106相連接。輸出三極體102的基極與基區電阻108的一個端子相連接，該基區電阻的另一個端子同時與電阻307和電阻309的一個端子相連接。電阻309的另一個端子與三極體311的集電極相連接，電阻307的另一個端子與電壓V相連接。電壓V，電阻307和309的值最好是選擇使極點313處電壓約為一伏特時的值。與射極跟隨電路300相連接的是補償電路312，補償電路312中包含三極體314和316，和電阻118和120.三極體316具有多個集電極，其中一些與輸出三極體102的基極和基區電阻108的一個端子相連接，其餘的一些接地。連接在輸出三極體102和基區電阻108上的三極體316的集電極數量與三極體316總的集電極數量之比統稱為集電極比率n，取值為O到I之間。三極體316的基極同時與輸出三極體102的集電極和電阻120的一個端子相連接，該電阻的另一個端子與三極體314的發射極相連接。三極體316的發射極與電阻118的一個端子相連接，該電阻的另一個端子同時與三極體314的基極和電壓V相連接。三極體314的集電極與電壓Vin相連接。用三極體314替換掉圖2中的二極體214，流進三極體314集電極的電流可用於其旁邊的阻抗補償電路(未畫出)。電路在工作中，三極體314和316的基極與發射極之間的電壓大約相等，這使得電阻118和120上的電壓近似相等。反過來，使得流進三極體316發射極的電流Il近似等於從三極體314發射極流出電流12的值乘以電阻120與電阻118的阻值比。流進基區電阻108和輸出三極體102交點處的電流11』是由電流11和集電極比率n產生的。電流11』與電流12的比值約等於集電極比率n和電阻120和電阻318的阻值比。忽略基極電流，電流II』是由基區電阻108和流進輸出三極體102集電極電流12產生的。當電流IOUT流經電阻320流向負載106時，電流12的增加導致了電流II』的相應增加，這反過來導致了輸出 三極體102基極電壓的增加。輸出三極體102基極電壓的增加補償了三極體102發射極和基極之間的電壓增加和電阻320的電壓的增加，從而，大大減小了輸出電壓的下降和負載電流的增加。輸出阻抗ZOUT 由公式定義為 ZOUT = (kT/q/IC+RO+Rb/P ) -(R1/R2XnXRb)，其中，RO是穩定電阻320的值，Rl是電阻120的值，R2是電阻118的值，Rb是基區電阻108與電阻307和309的戴維南等效電阻之和，P是三極體102的電流增益。通過選擇的Rl，R2，Rb和n的值的不同，將電路的輸出阻抗減小為零，這使得上述公式將產生與正項公式同樣的負項公式。這可以看出，對於給定的射極電阻re，三極體102的增益@，和電阻320，電路給出了三種不同的補償方式，當然，電阻120和電阻108的阻值t匕，基區電阻108的阻值，集電極比率n都是可變的。本發明在設計上很靈活。例如，通過選擇適當的補償情況，可以使輸出阻抗(ZOUT)的值為負數。在一些情況下，使得輸出電壓隨著負載的增加而增加是所需要的條件。因此，為射極跟隨電路提供的輸出阻抗補償電路就形成了。雖然，本發明參考了具體的發明，所描述的說明將不能被認為是對本發明的限制。在技術上的各種修改和應用都沒有背離本發明的精神和本發明所定義的權利要求。
權利要求
1.一種輸出阻抗補償電路，其特徵是電路中將一個偏置三極體連接成射極跟隨器，該射極跟隨器具有輸出阻抗，一個集電極，一個發射極和一個基極。該電路包括第一個端子與第一個電壓相連接，第二個端子與第二個電壓相連接；電流源的端子是從第一個端子到射極跟隨器的集電極，其中包含第一個三極體，該三極體有一個集電極，一個發射極和一個基極。第二個端子提供了射極跟隨器基極上的偏置電壓；與電流源，偏置電壓，第二個端子相連接的端子用來感應射極跟隨器集電極上的電流大小並作出響應，當射極跟隨器集電極上的電流增加時，偏置電壓也增加。感應電流端子上包含第二個三極體，該三極體有一個集電極，一個發射極和一個基極；第二個三極體與第一個三極體互補，即實質上，使得從第一個端子到射極跟隨器上的電流和射極跟隨器上的輸出阻抗降低。
2.根據權利要求I所述的輸出阻抗補償電路，其特徵是第一個三極體為NPN型三極體，第二個三極體為PNP型三極體。
3.根據權利要求I所述的輸出阻抗補償電路，其特徵是用於連接第一個和第二個三極體的基極與發射極間的端子不斷地循環，如此說來，第二個三極體的電流直接正比於第一個三極體所提供的電流。
4.根據權利要求3所述的輸出阻抗補償電路，其特徵是第一個電阻連接在第一個三極體的基極與第二個三極體的發射極之間，第二個電阻連接在第二個三極體的基極和第一個三極體的發射極之間。其中，第二個三極體上的電流與第一個三極體上的電流的比率大約等於第一個電阻的阻值與第二個電阻的阻值的比率。
5.根據權利要求I或者3所述的輸出阻抗補償電路，其特徵是一個分壓器的端子上有一個節點，用於產生一個小於第二個端子上的電壓的中間電壓，至少提供射極跟隨器基極上的中間部分電壓。
6.根據權利要求5所述的輸出阻抗補償電路，其特徵是中間電壓源的端子上包含一個連接在節點和射極跟隨器基極上的一個電阻。
7.根據權利要求I所述的輸出阻抗補償電路，其特徵是第一個端子上的電壓遠大於第二個端子上的電壓。
8.一種輸出阻抗補償電路，其特徵是電路中將一個偏置三極體連接成射極跟隨器，該射極跟隨器具有輸出阻抗，一個集電極，一個集電極和一個基極。該電路包括第一個端子與第一個電壓相連接，第二個端子與第二個電壓相連接，以提供射極跟隨器基極上的偏置電壓。NPN三極體上集電極與第一個端子相連接，基極第二個端子相連接，發射極與射極三極體的發射極相連接。PNP三極體的有一個與射極跟隨器基極相連接的集電極，一個發射極，一個基極。其中第一個和第二個三極體的基極-發射極電路串聯在迴路上，使得射極跟隨器集電極上的電流隨著射極跟隨器基極上的補償電壓的增加而增加，即射極跟隨器的輸出阻抗降低。
9.根據權利要求8所述的輸出阻抗補償電路，其特徵是射極跟隨器上的電流全部來自於第一個端子。
10.根據權利要求9所述的輸出阻抗補償電路，其特徵是第一個端子上的電壓遠大於第二個端子上的電壓。
全文摘要
一種輸出阻抗補償電路，具體來說是一個可以降低射極跟隨器的輸出阻抗的電路，當射極跟隨器向負載提供電流時，正比於射極跟隨器集電極電流的正反饋電壓被施加於射極跟隨器的基極。該電路包括由發射極電阻控制的比例式鏡像電流源，它提供了射極跟隨器的集電極電流，並且使得流向一個與輸出三極體的基極相連接的電阻的電流與與集電極電流成比例。
文檔編號G05F1/56GK102968150SQ20121048654
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者包興坤 申請人:蘇州矽智源微電子有限公司