专利名称：一种高速高增益放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种放大器，尤指一种高速高增益放大器。
背景技术：
在高速负反馈放大器中，有一种常用的放大器结构为输入级为差分放大，第二级用共基极电路进行电压放大，第三级为共集电极电流放大输出级。在这种结构中，首先，由于只有一级电压放大，所以放大器的增益较低。其次，由于在这种放大器结构中，电压放大级的电流摆幅决定了放大器转换速率这个重要参数，电压放大级的最大电流摆幅直接与差分输入级的最大电流摆幅相关，所以输入差分放大级的工作电流就直接影响了转换速率。
有鉴于此，提供一种高速高增益放大器以克服现有技术的缺点十分必要。
发明内容
基于现有技术的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种高速高增益放大器，可以提高放大器的增益，并可在固定的输入差分放大级工作电流下，电压放大级得到最大的电流摆幅。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种高速高增益放大器，包括1.差分输入级，用于接收放大输入及反馈输入信号；2.电流镜负载，用于将差分放大的集电极反相输出信号反相，与差分放大同相输出信号合成为直流成份为零的输入级放大输出；3.固定偏置电流源，为输入级输出的放大信号提供直流偏置，使输入共基极放大的信号电流保持单向，保证放大器件处于放大区；4.共基极电压放大电路，用于提供电压增益。
在本实用新型，当偏置电流电路的电流大于等于差分级的恒流电流时，共基极放大的发射极输入电流保持单向，所述放大器件不会离开放大区，从而可以完全利用差分级的电流摆幅。在一个实施例中，所述高速高增益放大器采用全对称放大电路。此外，所述高速高增益放大器还包括共集电极电流放大输出电路，用于提供电流增益。
采用本实用新型所述电路后，该高速高增益放大器增益高，在固定的输入差分放大级工作电流下，可得到最大的电流摆幅，同时，可以减小噪声，提高电源效率。
为使本实用新型更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本实用新型高速高增益放大器的具体实施例。
图1为本实用新型高速高增益放大器第一实施例的原理框图；图2为本实用新型高速高增益放大器第二实施例的原理框图；图3为本实用新型高速高增益放大器第三实施例的原理框图；图4为本实用新型高速高增益放大器第一实施例的电路图；图5为本实用新型高速高增益放大器第二实施例的电路图；图6为本实用新型高速高增益放大器第三实施例的电路图；具体实施方式
本实用新型一种高速高增益放大器，包括(1)差分输入级，用于接收放大输入及反馈输入信号；(2)电流镜负载，用于将差分放大的集电极反相输出信号反相，与差分放大同相输出信号合成为直流成份为零的输入级放大输出；(3)固定偏置电流源，为输入级输出的放大信号提供直流偏置，使输入共基极放大的信号电流保持单向，保证放大器件处于放大区，当该电流大于等于差分级的恒流电流时，放大器件不会离开放大区，从而可以完全利用差分级的电流摆幅；(4)共基极电压放大电路，用于提供电压增益。此外，所述高速高增益放大器还可包括共集电极电流放大输出电路，用于提供电流增益。在一个实施例中，所述高速高增益放大器采用全对称放大电路。
本实用新型利用差分放大输出电流镜负载提高放大增益和电流摆幅，与全对称结构组合使用，可以得到动态性能良好的高速高增益放大器。
下面以几个具体实施例进一步阐述本实用新型高速高增益放大器的结构及工作原理。
实施例一下面结合图1及图4说明本实用新型高速高增益放大器第一实施例的工作过程。其中，差分输入对为N型三极管，共基极电压放大为P型三极管。
其中，图中各标示含义如下I1差分放大对的发射极电流，为恒定直流I3差分放大的反相输出端电流，输出到电流镜I5差分放大的同相输出端电流，与电流镜输出合成放大输出电流I7电流镜输出电流，I7＝I3I9恒定直流，提供I11电流的直流成分I11共基极放大的输入电流，共基极放大的输出电流等于输入电流。
I12P型三极管集电极下拉电流源放大信号从差分放大电路90的输入端输入，输出同相、反相二个信号电流，其中，反相输出电流I3送入电流镜91，得到I3的反相输出I7，I7与I5合成为没有直流分量的放大输出，输出信号的电流增益和摆幅是只有I5输出时的二倍，最大电流摆幅±I1，由于放大器件只能单向导电，没有直流成分的输入只有半周能得到放大输出，所以需要I9为共基极放大电路95输入I11提供直流偏置电流，当I9≥I1时，可以保证放大器件处于单向导电的放大区，得到最大的电流摆幅，共基极放大电路95的输出电流等于输入电流I11，负载阻抗97为P型三极管共基极放大集电极提供下拉电流I12，负载阻抗97采用有源负载可以提高阻抗，提高A点的阻抗，得到大的电压增益，电流放大输出级99对A点电压信号进行电流放大后输出。
参考图4，其中，差分放大电路90由Q01、R01、Q02、R02、Q10、R10组成；电流镜电路91由Q03、R03、Q04、R04组成；偏置电流电路93由Q11、R11组成，采用有源电路是为了得到高阻抗，也可只用一个电阻组成；共基极放大电路95由Q13组成；负载阻抗97采用有源负载，由Q12、R12、Q14组成；电流放大输出级由R13、Q15、R15、Q16、R16、Q17、Q18、Q19、R17、Q20、R18组成，R13用于调整输出级静态电流；参考电压电路提供稳定电压供需要的电路使用，由D01、D02、D03、D04、R14组成。
实施例二下面结合图2及图5说明本实用新型高速高增益放大器第二实施例的工作过程。其中，差分输入对为P型三极管，共基极电压放大为N型三极管。
图2电路与图1电路反向对称，差分放大电路(差分输入级)90和共基极放大电路95使用的有源器件极性相反，工作过程相同。图中各标示含义如下I2差分放大对的发射极电流，为恒定直流I4差分放大的反相输出端电流，输出到电流镜I6差分放大的同相输出端电流，与电流镜输出合成放大输出电流I8电流镜输出电流，I8＝I4I10恒定直流，提供I12电流的直流成分I11N型三极管集电极上拉电流源I12共基极放大的输入电流，共基极放大的输出电流等于输入电流。
放大信号从差分放大电路90的输入端输入，输出同相、反相二个信号电流，反相输出电流I4送入电流镜91，得到I4的反相输出I8，I8与I6合成为没有直流分量的放大输出，输出信号的电流增益和摆幅是只有I6输出时的二倍，最大电流摆幅±I2，由于放大器件只能单向导电，没有直流成分的输入只有半周能得到放大输出，所以需要I10为共基极放大电路95输入I12提供直流偏置电流。
当I10≥I2时，可以保证放大器件处于单向导电的放大区，得到最大的电流摆幅，共基极放大电路95的输出电流等于输入电流I12，负载阻抗97为N型三极管共基极放大集电极提供上拉电流I11，负载阻抗97采用有源负载可以提高阻抗，提高A点的阻抗，得到大的电压增益，电流放大输出级99对A点电压信号进行电流放大后输出。
参考图5，其中，差分放大电路90由Q05、R05、Q06、R06、Q09、R09组成；电流镜电路由Q07、R07、Q08、R08组成；偏置电流电路93由Q12，R12组成，采用有源电路是为了得到高阻抗，也可只用一个电阻组成；共基极放大电路95由Q14组成；负载阻抗97采用有源负载，由Q11、R11、Q13组成；电流放大输出级99由R13、Q15、R15、Q16、R16、Q17、Q18、Q19、R17、Q20、R18组成，R13用于调整输出级静态电流；参考电压电路提供稳定电压供需要的电路使用，由D01、D02、D03、D04、R14组成。
实施例三下面结合图3及图6说明本实用新型高速高增益放大器第三实施例的工作过程。
将图1和图2电路组合就成为图3的全对称电路，二个差分放大电路90并联输入，二路放大在A点合并推挽输出，推挽电路相互提供上、下拉电流，所以全对称电路不需要另外的负载阻抗，该电路电压增益和最大电流摆幅比单个电路增加一倍。常用的提高增益和电流摆幅的方法为，差分输入级(差分放大电路)90和电压放大级采用全对称结构，相当于两组电路并联工作，电压增益和电流摆幅都增加一倍，电路的性能由于对称性而更好。图6是图3全对称放大电路的电路图。鉴于相关内容在前面已经阐述，故在此不再详述。
经过对本实用新型放大器电路的三项典型指标进行测试，并与现有放大器电路比较，可得到如下结果电压增益电流摆幅工作电流常规电路非对称A 2I 3I全对称2A ±2I5I发明电路非对称2A 4I 4I全对称4A ±4I6I其中，上述各指标的含义如下
电流摆幅电压放大级最大电流摆幅，I是差分输入级单端静态电流；工作电流输入级和电压放大级总静态电流由上表可看出，全对称方式的增益最高，在相同的差分输入级静态电流下，电流摆幅最大，动态性能最好，电源效率最高。
在本实用新型放大器中，若与全对称结构组合使用，可带来如下好处第一、增益高，是常规全对称放大电路的二倍；第二、可在固定的输入差分放大级工作电流下，得到最大的电流摆幅，有利于提高放大器电压转换速率或减小输入级电流；第三、减小噪声，输入级噪声对放大器整体噪声有决定性作用，减小输入级电流可以减小其噪声；第四、提高电源效率，当输入级和电压放大级总静态电流为6I时，电压放大输出得到±4I的电流摆幅，相当于全对称电路总静态电流为10I时电流摆幅。
以上所揭露的仅为本实用新型高速高增益放大器的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
权利要求1.一种高速高增益放大器，其特征在于包括差分输入级，用于接收放大输入及反馈输入信号；电流镜负载，用于将差分放大的集电极反相输出信号反相，与差分放大同相输出信号合成为直流成份为零的输入级放大输出；固定偏置电流源，为差分输入级输出的放大信号提供直流偏置，使输入共基极放大的信号电流保持单向，保证放大器件处于放大区；共基极电压放大电路，用于提供电压增益，输入高阻抗可提高输出阻抗。
2.如权利要求1所述的高速高增益放大器，其特征在于当偏置电流电路的电流大于等于差分级的发射极恒流电流时，共基极放大的发射极输入电流保持单向，所述放大器件不会离开放大区，从而可以完全利用差分级的电流摆幅。
3.如权利要求1或2所述的高速高增益放大器，其特征在于所述高速高增益放大器采用全对称放大电路。
4.如权利要求3所述的高速高增益放大器，其特征在于所述高速高增益放大器还包括共集电极电流放大输出电路，用于提供电流增益。
专利摘要本实用新型公开了一种高速高增益放大器，包括差分输入级，用于接收放大输入及反馈输入信号；电流镜负载，用于将差分放大的集电极反相输出信号反相，与差分放大同相输出信号合成为直流成分为零的输入级放大输出；固定偏置电流源，为输入级输出的放大信号提供直流偏置，使输入共基极放大的信号电流保持单向，保证放大器件处于放大区；共基极电压放大电路，用于提供电压增益。该高速高增益放大器增益高，在固定的输入差分放大级工作电流下，可得到最大的电流摆幅，同时，可以减小噪声，提高电源效率。
文档编号H03F3/68GK2724295SQ20042008287
公开日2005年9月7日 申请日期2004年8月16日 优先权日2004年8月16日
发明者周宗善 申请人:周宗善