專利名稱：差動(dòng)放大電路及其輸出控制電路與史密特觸發(fā)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種差動(dòng)放大電路，特別是指能夠避免差動(dòng)放大電路的二輸出端同時(shí)導(dǎo)通的電路。
技術(shù)背景在模擬集成電路中，差動(dòng)放大器是最常使用的電路建構(gòu)方塊。例如，每個(gè)運(yùn)算放大器(Op Amp)的輸入級(jí)就是一個(gè)差動(dòng)放大器。
圖1表示一基本的雙載子接面晶體管(BJT)差動(dòng)放大器的結(jié)構(gòu)。它是由兩個(gè)匹配的晶體管Q1與晶體管Q2組成，這兩個(gè)晶體管的發(fā)射極耦合在一起，并且由一電流源IB來偏壓。晶體管Q1的基極接受電壓源VB1輸入，晶體管Q2的基極接受電壓源VB2輸入，此差動(dòng)放大器的輸出端VC1及VC2分別由晶體管Q1及Q2的集電極引出。圖2顯示此BJT差動(dòng)放大器的輸出端VC1及輸出端VC2的輸出特性曲線。其中，此差動(dòng)放大器的輸入電壓源VB1與電壓源VB2在切換的過程中，必然會(huì)出現(xiàn)電壓源VB1與電壓源VB2輸出相等的情況，此時(shí)電流IB平均分配于晶體管Q1及Q2，因而使差動(dòng)放大器兩側(cè)同時(shí)導(dǎo)通，然而這在實(shí)際應(yīng)用上是極欲避免的情形。
另一方面，史密特電路已廣為人知，其具有增進(jìn)電路抗噪聲的功能，而史密特電路除了應(yīng)用于波形整形外，亦可利用其輸入電壓高于或低于二預(yù)定的電壓臨限值時(shí)，作ON/OFF的轉(zhuǎn)換動(dòng)作，請(qǐng)參閱圖3，其即為史密特觸發(fā)電路其中一種電路類型，其主要是將二晶體管N1集電極及N2集電極與電源VCC耦合，且將N1基極及N2基極與其它輸入電路架構(gòu)耦合，而N1發(fā)射極則于耦合一電阻R1后耦合至N3集電極，N2發(fā)射極亦于耦合一電阻R2后耦合至N4集電極，其中，N3基極耦合至電阻R2端點(diǎn)，N4基極則耦合至電阻R1端點(diǎn)，而N3發(fā)射極及N4發(fā)射極則共同耦合至一接地電流源IB’，在此史密特觸發(fā)電路架構(gòu)中，其最低工作電壓為最小接地電流源(約0.3V)，加上晶體管射基極壓降(0.7V)、電阻壓降(忽略)及一發(fā)射極輸出晶體管射基極壓降(0.7V)，共為1.7伏特，由于電壓臨界值的大小影響到施密特電路的操作，但現(xiàn)有的史密特電路則必須維持在1.7伏特以上的工作電壓，因此，即無法獲得較低電壓的操作，以致其應(yīng)用受到相當(dāng)大的限制。
再者，雖然現(xiàn)有另外一種可調(diào)整其臨界電壓值的史密特觸發(fā)電路，以圖3的電路為例，若改變電流源IB’的值，其即可產(chǎn)生不同的臨界電壓，但由于電流源IB’為接地電流源，因此，在實(shí)際操作上，其仍必須存在一大于0伏特的壓降，導(dǎo)致整個(gè)工作電壓仍必須大于1.4伏特以上，使用上亦不理想。
因此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)提出較佳的改進(jìn)，以求完善。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的在于提出一種差動(dòng)放大器電路，能夠避免其兩側(cè)同時(shí)導(dǎo)通。
本實(shí)用新型的另一目的在于提出一種可于低電壓操作的史密特電路。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種差動(dòng)放大器的輸出控制電路，其特征在于，該差分放大器包括第一晶體管與第二晶體管組成的差動(dòng)對(duì)，該輸出控制電路包括二輸出端；二分支電路，由第一分支及第二分支組成，該第一分支及該第二分支均包括一第三晶體管，其發(fā)射極耦合一電壓源，該第三晶體管的發(fā)射極與基極間耦合一第一電阻，其中，該輸出端由該第三晶體管的集電極引出；以及一對(duì)基極耦合的晶體管，其包括第四晶體管與第五晶體管，該第五晶體管的集電極耦合該第三晶體管的基極，該第五晶體管的集電極耦合該第三晶體管的基極，該第四晶體管與該第五晶體管的發(fā)射極耦合至一電流源；其中，該第一晶體管的集電極分別耦合該第二分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第一分支的該第四晶體管的集電極，該第二晶體管的集電極分別耦合該第一分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第二分支的該第四晶體管的集電極。
本實(shí)用新型提供一種史密特觸發(fā)電路，應(yīng)用于差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器由第一晶體管與第二晶體管組成，該史密特觸發(fā)電路包括一電壓源；二輸出端；以及二對(duì)基極耦合的晶體管，其包括第一對(duì)基極耦合的晶體管與第二對(duì)基極耦合的晶體管，該第一對(duì)基極耦合的晶體管與第二對(duì)基極耦合的晶體管對(duì)稱，其包括第三晶體管與第四晶體管，該第三晶體管與該第四晶體管的發(fā)射極耦合至一電流源，其中該輸出端由該第四晶體管的集電極引出；其中，該第一晶體管的集電極分別耦合至該第一對(duì)基極耦合的晶體管的第三晶體管的集電極與該第二對(duì)基極耦合的晶體管的基極，該第二晶體管的集電極分別耦合至該第二對(duì)基極耦合的晶體管的第三晶體管的集電極與該第一對(duì)基極耦合的晶體管的基極。
本實(shí)用新型還提供一種差動(dòng)放大電路，包括二輸出端；一差動(dòng)放大器，其包括第一晶體管與第二晶體管組成的差動(dòng)對(duì)；二分支電路，由第一分支及第二分支組成，該第一分支及該第二分支均包括一第三晶體管，其發(fā)射極耦合一電壓源，該第三晶體管的發(fā)射極與基極間耦合一第一電阻，其中，該輸出端由該第三晶體管的集電極引出；以及一對(duì)基極耦合的晶體管，其包括第四晶體管與第五晶體管，該第五晶體管的集電極耦合該第三晶體管的基極，該第四晶體管與該第五晶體管的發(fā)射極耦合至一電流源；其中，該第一晶體管的集電極分別耦合該第二分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第一分支的該第四晶體管的集電極，該第二晶體管的集電極分別耦合該第一分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第二分支的該第四晶體管的集電極。
本實(shí)用新型指出一種差動(dòng)放大電路，包括二輸出端，每一輸出端與接地點(diǎn)之間耦合一第一電阻；一差動(dòng)放大器，其包括第一晶體管與第二晶體管組成的差動(dòng)對(duì)，該第一晶體管與該第二晶體管的集電極各耦合一增益電阻；二分支電路，由第一分支及第二分支組成，該第一分支及該第二分支均包括一第三晶體管，其發(fā)射極耦合一電壓源，該第三晶體管的發(fā)射極與基極間耦合一第二電阻，其集電極經(jīng)一限流組件耦接至該輸出端；以及一對(duì)基極耦合的晶體管，其包括第四晶體管與第五晶體管，該第五晶體管的集電極耦合該第三晶體管的基極，該第四晶體管的發(fā)射極經(jīng)一第三電阻耦接該第五晶體管的發(fā)射極至一電流源；其中，該第一晶體管的集電極分別耦合該第二分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第一分支的該第四晶體管的集電極，該第二晶體管的集電極分別耦合該第一分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第二分支的該第四晶體管的集電極。
根據(jù)本實(shí)用新型，一差動(dòng)放大電路包括一差動(dòng)對(duì)及一輸出控制電路，后者包括二輸出端以及二分支電路，二分支電路的每一分支包括一第一晶體管及一對(duì)基極耦合的晶體管，其中，輸出端由第一晶體管所引出。由控制第一晶體管導(dǎo)通或截止使差動(dòng)放大電路的二側(cè)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，以確保差動(dòng)放大電路的安全及效率。


圖1為一BJT差動(dòng)放大器的電路圖。
圖2為圖1所示電路的輸出波形。
圖3為一般現(xiàn)有史密特電路的電路架構(gòu)圖。
圖4為本實(shí)用新型的一實(shí)施例。
圖5為本實(shí)用新型的輸入與輸出波形的示意圖。
圖號(hào)說明10電流源產(chǎn)生電路 11差動(dòng)放大電路12第一分支 14第二分支15輸出端 16輸出端具體實(shí)施方式
圖4為顯示一差動(dòng)放大電路的詳細(xì)電路圖。其中，流經(jīng)作為電流源的晶體管QN10的電流I映射自一電流源產(chǎn)生電路10，電流源產(chǎn)生電路10包括一輸出晶體管QN4，輸出晶體管QN4的基極與發(fā)射極之間耦合一電阻R2。
在差動(dòng)放大電路11中，由晶體管QN5與QN16組成一差動(dòng)對(duì)，電壓源VDD與晶體管QN5及QN16的集電極間分別耦合增益電阻R3及R12。在電壓源VDD與提供電流的晶體管QN10之間有二對(duì)稱的分支電路引出輸出端15及16，二分支電路由第一分支12及第二分支14組成。第一分支12包括晶體管QP3及一對(duì)基極耦合的晶體管QN6及QN7，晶體管QP3的發(fā)射極耦合至電壓源VDD，其發(fā)射極與基極之間耦合一電阻R5。其中，輸出端15由晶體管QP3的集電極引出，兩者的間耦合一限流電阻R6用來限制最大的輸出電流，輸出端15與接地點(diǎn)之間耦合一電阻R7。在基極耦合的晶體管QN6及QN7中，晶體管QN7的集電極耦合至晶體管QP3的基極，其發(fā)射極耦合至電流源QN10的集電極。晶體管QN6的集電極耦合至晶體管QN5的集電極，其發(fā)射極與晶體管QN10的集電極間耦合一電阻R4。
第二分支14的電路與第一分支12相對(duì)稱，其包括晶體管QP4及一對(duì)基極耦合的晶體管QN14及QN15。晶體管QP4的發(fā)射極耦合至電壓源VDD，其發(fā)射極與基極之間耦合一電阻R10。其中，輸出端16由晶體管QP4的集電極引出，兩者之間耦合一限流電阻R8用來限制最大的輸出電流，輸出端16與接地點(diǎn)之間耦合一電阻R9。晶體管QN14的集電極耦合至晶體管QP4的基極，其發(fā)射極耦合至電流源QN10的集電極。晶體管QN15的集電極耦合至晶體管QN16的集電極，其發(fā)射極與晶體管QN10的集電極間耦合一電阻R11。
第一分支12的基極耦合的晶體管QN6及QN7其基極耦合至晶體管QN16的集電極，第二分支14的基極耦合的晶體管QN14及QN15其基極耦合至晶體管QN5的集電極。
如圖4所示的電路中，一史密特觸發(fā)電路包括晶體管QN10與增益電阻R3，晶體管QN6及QN7，電阻R4，以及增益電阻R12，晶體管QN14、QN15、電阻R11。由于QN6、QN7、電阻R4及QN14、QN15、電阻R11二個(gè)電路群組中，QN7及QN14的共發(fā)射極差動(dòng)設(shè)置，且QN6、QN7及QN14、QN15的共基極分別耦合至增益電阻R12及增益電阻R3，因此，當(dāng)QN7導(dǎo)通時(shí)，將連帶導(dǎo)通與QN7基極耦合的QN6，使耦合于VDD與QN5間的增益電阻R3端點(diǎn)電壓下降，導(dǎo)致與R3端點(diǎn)耦合的QN14關(guān)閉，形成與QN7耦合的QP3導(dǎo)通，與QN14耦合的QP4則關(guān)閉的狀態(tài)，直至一夠大的反向輸入訊號(hào)使增益電阻R12端點(diǎn)的電壓高于增益電阻R3端點(diǎn)電壓一臨界數(shù)值時(shí)，即進(jìn)行切換的動(dòng)作；此時(shí)，由于轉(zhuǎn)換成QN14導(dǎo)通，因此，與QN14基極耦合的QN15亦連帶導(dǎo)通，使耦合于VDD與QN16間的增益電阻R12端點(diǎn)電壓下降，導(dǎo)致與R12端點(diǎn)耦合的QN7關(guān)閉，形成與QN14耦合的QP4導(dǎo)通，而與QN7耦合的QP3關(guān)閉的狀態(tài)，必須待至一夠大的反向輸入訊號(hào)使增益電阻R3端點(diǎn)電壓高于增益電阻R12端點(diǎn)電壓一臨界數(shù)值時(shí)，即進(jìn)行再次的切換。
在實(shí)際操作時(shí)，由于晶體管QN6、QN7、電阻R4與晶體管QN14、QN15、電阻11二個(gè)電路群組只有一邊導(dǎo)通，另一邊則為關(guān)閉，因此，此史密特觸發(fā)電路所需要的最低工作電壓為晶體管QN10的飽和電壓，晶體管QN7的截至電壓(cut-in voltage)以及電阻R3上電壓降的總和(即為電阻R2加上電阻R5的總電壓降＝0.7V+0.7V)，大約可低到1.4伏特。
耦合在晶體管QP3及QP4射、基極間的電阻R5與電阻R10，其電阻值約為電阻R2的電阻值的二倍，如此流過電阻R5與RIO的電流為流經(jīng)晶體管QN10電流I的一半，此電流分別流過晶體管QN7及QN14的集電極，所以可以控制晶體管QP3及晶體管QP4的集電極輸出而得到如圖5所示的波形。其中差動(dòng)放大器的輸入端電壓在作切換時(shí)。晶體管QP3及QP4并不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，因此可確保輸出及電路系統(tǒng)的安全及效率。
以上所述由實(shí)施例說明本實(shí)用新型的特點(diǎn)，其目的在使熟悉該技術(shù)者能理解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，而非限定本實(shí)用新型的專利范圍，故，凡其它未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神所完成的等效修飾或修改，仍應(yīng)包含在以下所述的申請(qǐng)專利范圍中。
權(quán)利要求1.一種差動(dòng)放大器的輸出控制電路，其特征在于，該差分放大器包括第一晶體管與第二晶體管組成的差動(dòng)對(duì)，該輸出控制電路包括二輸出端；二分支電路，由第一分支及第二分支組成，該第一分支及該第二分支均包括一第三晶體管，其發(fā)射極耦合一電壓源，該第三晶體管的發(fā)射極與基極間耦合一第一電阻，其中，該輸出端由該第三晶體管的集電極引出；以及一對(duì)基極耦合的晶體管，其包括第四晶體管與第五晶體管，該第五晶體管的集電極耦合該第三晶體管的基極，該第五晶體管的集電極耦合該第三晶體管的基極，該第四晶體管與該第五晶體管的發(fā)射極耦合至一電流源；其中，該第一晶體管的集電極分別耦合該第二分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第一分支的該第四晶體管的集電極，該第二晶體管的集電極分別耦合該第一分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第二分支的該第四晶體管的集電極。
2.如權(quán)利要求1所述的差動(dòng)放大器的輸出控制電路，其特征在于，該第三晶體管的集電極更耦合一限流組件。
3.如權(quán)利要求1所述的差動(dòng)放大器的輸出控制電路，其特征在于，該輸出端與接地點(diǎn)之間更耦合一第二電阻。
4.如權(quán)利要求1所述的差動(dòng)放大器的輸出控制電路，其特征在于，該第四晶體管的發(fā)射極與該電流源間更耦合一第三電阻。
5.如權(quán)利要求1所述的差動(dòng)放大器的輸出控制電路，其特征在于，該電流源映射自一電流源產(chǎn)生電路，該電流源產(chǎn)生電路包括一輸出晶體管，該輸出晶體管的基極與發(fā)射極間耦合一第四電阻，其電阻值為該第一電阻的二分之一。
6.一種史密特觸發(fā)電路，其特征在于，應(yīng)用于差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器由第一晶體管與第二晶體管組成，該史密特觸發(fā)電路包括一電壓源；二輸出端；以及二對(duì)基極耦合的晶體管，其包括第一對(duì)基極耦合的晶體管與第二對(duì)基極耦合的晶體管，該第一對(duì)基極耦合的晶體管與第二對(duì)基極耦合的晶體管對(duì)稱，其包括第三晶體管與第四晶體管，該第三晶體管與該第四晶體管的發(fā)射極耦合至一電流源，其中該輸出端由該第四晶體管的集電極引出；其中，該第一晶體管的集電極分別耦合至該第一對(duì)基極耦合的晶體管的第三晶體管的集電極與該第二對(duì)基極耦合的晶體管的基極，該第二晶體管的集電極分別耦合至該第二對(duì)基極耦合的晶體管的第三晶體管的集電極與該第一對(duì)基極耦合的晶體管的基極。
7.如權(quán)利要求6所述的史密特觸發(fā)電路，其特征在于，該第三晶體管的發(fā)射極與該電流源間更耦合一第一電阻。
8.如權(quán)利要求6所述的史密特觸發(fā)電路，其特征在于，該電壓源與該第一晶體管及該第二晶體管的集電極間更耦合一增益電阻。
9.如權(quán)利要求6所述的史密特觸發(fā)電路，其特征在于，該電流源映射自一電流源產(chǎn)生電路，該電流源產(chǎn)生電路包括一輸出晶體管，該輸出晶體管的基極與發(fā)射極間耦合一第二電阻。
10.一種差動(dòng)放大電路，其特征在于，包括二輸出端；一差動(dòng)放大器，其包括第一晶體管與第二晶體管組成的差動(dòng)對(duì)；二分支電路，由第一分支及第二分支組成，該第一分支及該第二分支均包括一第三晶體管，其發(fā)射極耦合一電壓源，該第三晶體管的發(fā)射極與基極間耦合一第一電阻，其中，該輸出端由該第三晶體管的集電極引出；以及一對(duì)基極耦合的晶體管，其包括第四晶體管與第五晶體管，該第五晶體管的集電極耦合該第三晶體管的基極，該第四晶體管與該第五晶體管的發(fā)射極耦合至一電流源；其中，該第一晶體管的集電極分別耦合該第二分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第一分支的該第四晶體管的集電極，該第二晶體管的集電極分別耦合該第一分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第二分支的該第四晶體管的集電極。
11.如權(quán)利要求10所述的差動(dòng)放大電路，其特征在于，該第三晶體管的集電極更耦合一限流組件。
12.如權(quán)利要求10所述的差動(dòng)放大電路，其特征在于，該輸出端與接地點(diǎn)之間更耦合一第二電阻。
13.如權(quán)利要求10所述的差動(dòng)放大電路，其特征在于，該第四晶體管的發(fā)射極與該電流源間更耦合一第三電阻。
14.如權(quán)利要求10所述的差動(dòng)放大電路，其特征在于，該電壓源與該第一晶體管及該第二晶體管的集電極間更耦合一增益電阻。
15.如權(quán)利要求10所述的差動(dòng)放大電路，其特征在于，該電流源映射自一電流源產(chǎn)生電路，該電流源產(chǎn)生電路包括一輸出晶體管，該輸出晶體管的基極與發(fā)射極間耦合一第四電阻，其電阻值為該第一電阻的二分之一。
16.一種差動(dòng)放大電路，其特征在于，包括二輸出端，每一輸出端與接地點(diǎn)之間耦合一第一電阻；一差動(dòng)放大器，其包括第一晶體管與第二晶體管組成的差動(dòng)對(duì)，該第一晶體管與該第二晶體管的集電極各耦合一增益電阻；二分支電路，由第一分支及第二分支組成，該第一分支及該第二分支均包括一第三晶體管，其發(fā)射極耦合一電壓源，該第三晶體管的發(fā)射極與基極間耦合一第二電阻，其集電極經(jīng)一限流組件耦接至該輸出端；以及一對(duì)基極耦合的晶體管，其包括第四晶體管與第五晶體管，該第五晶體管的集電極耦合該第三晶體管的基極，該第四晶體管的發(fā)射極經(jīng)一第三電阻耦接該第五晶體管的發(fā)射極至一電流源；其中，該第一晶體管的集電極分別耦合該第二分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第一分支的該第四晶體管的集電極，該第二晶體管的集電極分別耦合該第一分支的該一對(duì)基極耦合的晶體管的基極與該第二分支的該第四晶體管的集電極。
17.如權(quán)利要求16所述的差動(dòng)放大電路，其特征在于，該電流源映射自一電流源產(chǎn)生電路，該電流源產(chǎn)生電路包括一輸出晶體管，該輸出晶體管的基極與發(fā)射極間耦合一第四電阻，其電阻值為該第二電阻的二分之一。
專利摘要一種差動(dòng)放大電路，其利用一輸出控制電路控制一差動(dòng)放大器的輸出，此輸出控制電路包括二輸出端以及二分支電路，二分支電路的每一分支包括一第一晶體管及一對(duì)基極耦合的晶體管，其中，輸出端由第一晶體管所引出。本實(shí)用新型由控制第一晶體管導(dǎo)通或截止使差動(dòng)放大電路的二側(cè)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。本實(shí)用新型并同時(shí)提出一低電壓的史密特觸發(fā)電路。
文檔編號(hào)H03K17/00GK2715423SQ200420050910
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者林逸彬, 林登財(cái) 申請(qǐng)人:易亨電子股份有限公司