一种误差放大器的参考电路的制作方法
【专利摘要】一种误差放大器的参考电路，提供了一个误差放大器，这个电路是利用反馈输入电路和误差放大器的组合的一种有用的拓扑结构。
【专利说明】—种误差放大器的参考电路
【技术领域】:
[0001]一个低压差稳压器的目的是，在一个大的温度范围内，由一个电压源提供一个预先设定好的和大幅稳定的输出电压给一个负载，这个电压源可能是不指定的或者是波动的。在典型的低压差稳压器中，输出电压往往通过控制电流来调节，这个电流是通过一个元件(例如一个功率晶体管)从电压源流到负载。
[0002]通常情况下，低压差稳压器包含以下主要元素(除了通道装置):(1)用于控制电流的驱动电路，该控制由通道装置执行，通过调节驱动给通过装置(2)，用于产生参考信号的控制电路，和用于比较的反馈信号(通常是输出电压或电流，或其一部分)和参考信号，从而产生一个误差信号，这个误差信号直接表明输出和参考之间的不同；(3)为电路提供电流的电流源；(4)一个偏置电流源发生器的偏置电路；(5)启动电路。由控制电路产生的误差信号被耦合到驱动电路，以提高或降低相应的驱动电流，该电流被传送到基于反馈信号的通道装置，用于与参考信号做比较。提高或降低的驱动电流调节电流传送到负载，因此，调节输出电压达到所需的值。
【背景技术】:
[0003]低压差稳压器在现有技术中是已知的。虽然这些电路工作得很好，但是它们通常无法产生低于2.5伏的输出电压。一个简化的模块和现有技术电路不于图1中的电路图。
[0004]图1形成一个低压差稳压器100，它能产生温度补偿，在输出端105(ν_)调节电压从2.5伏升到15伏。在180模块中的电路兀件形成一个控制电路,该电路包括一个稳压器和误差放大器电路。模块180在节点165处产生一个输出误差信号,这个信号是输出(反馈)电压的函数，该电压在端口 105产生。误差信号耦合到电流驱动电路104，这反过来又推动电压调节器100中的装置150。模块160中的元件形成一个阻抗，该阻抗串联到温度补偿控制电路，在很宽的温度范围内(通常，-50°C到125°C)，控制电路以获得所需的温度漂移(通常为零到一阶)。控制电路是由输出电压105产生的电流供电的，由发生器103中的电流提供偏置。晶体管119、120 (和相关的电阻108和109)形成电流源，用于为镜像电流供电，在镜像电流由晶体管125和126组成。晶体管125和126的发射极区域的比率为1:10。
[0005]在工作时，当输出端105的电压刚开始上升时，电流就会流过这些串联组件，包括晶体管119，118，117和126，电阻109，113和116，串联组件(包括电阻108，晶体管120和125)的电流就会上升。当电流上升时，Vbe即通过电阻116的压降(这个电压是由于晶体管125和126的不平等的发射区域产生的)引起晶体管125和126的电流比率下降。这导致晶体管125的集电极电压下降。当电压通过电阻116下降达到大约60mv时，两个晶体管之间的电流比率就会达到1:1。
[0006]这就是电路的稳定工作点的调节。在图1的电路中，端口 105的输出电压将会被调到5伏。如果输出电压超过5伏，额外的电流就会流过电阻116，从而引起电阻上电压的上升。这就会导致电路不稳定，引起晶体管125和126之间的电流比率下降，因此节点165的误差信号也会下降。这样会导致驱动电路104减少驱动电流给装置150，因此，驱动电路180就会减小输出端的电流，且输出电压就会降到规定的压值。另一方面，如果输出电压低于规定的值，误差信号165就会增加。这就会导致驱动电路104增加驱动电压给装置150，因此，导致输出电压与规定电压相比上升。
[0007]如上所述，图1的电路不能产生一个可调节输出电压，它具有小于2.5伏特，基本为零的温度漂移(一阶)。这个最小的输出电压调节电路由拓扑电路180产生。尽管阻抗电路160可以是简单的一个电阻或电阻组合，晶体管和二极管或其它的组合，因此输出在它两端会产生适当的需要的调节电压，图1的电路仍然需要至少两个基极、发射极连成的节(晶体管119和126)和控制电路的反馈回路，该回路在反馈端和接地端之间。用于引起调节输出电压的零温度漂移的温度补偿(例如，通过偏置电流的电流源发生器103产生的温度漂移是个适当的选择)要求反馈电压(最小输出电压)被设置为最小，大约是带隙电压的两倍(即，2.5伏左右)。
[0008]因此，需要为一个控制电路提供一个误差放大器，这个电路是利用反馈输入电路和误差放大器的组合的一种有用的拓扑结构。
[0009]还需要为一个低压差稳压器控制电路提供一个误差放大器，这个电路能够使低压差稳压器产生一个可调节的输出电压，这个电压有一个零温度漂移(一阶)基本上低于2.5伏。
【发明内容】
:
[0010]本发明的一个目的是为一个控制电路提供一个误差放大器，这个电路是利用反馈输入电路和误差放大器的组合的一种有用的拓扑结构。
[0011]另一个目的是为一个低压差稳压器控制电路提供一个误差放大器，这个电路能够使低压差稳压器产生一个温度补偿，这个温度补偿使输出电压基本上低于2.5伏。
[0012]本发明的技术解决方案:
[0013]这些或其它目的由一个误差放大电路完成，这个电路包括电流源，驱动镜像电流在其中一个镜像电流晶体管的发射极电路中的电阻上产生一个参考电压，一个反馈电路，这个电路将反馈信号耦合到镜像电流上，因此由反馈电路产生的反馈电流叠加到镜像电流晶体管的发射极电流上。这个反馈电路最好包括一个反馈晶体管，这个晶体管有一个基极耦合到反馈节点，一个发射极耦合到反馈电阻和其中一个镜像电流发射极电路。基本上，在选择反馈电阻时，零温度漂移(一阶)可能产生，因此，在误差放大电路稳定时，反馈晶体管的基极可能是带隙电压(大约1.22V)。现在的误差放大器能够控制一个低压差稳压器产生一个可调节输出电压，这个电压大约1.22伏。一个电阻分压器串有一个中间节点，这个节点耦合到反馈节点，可能用于设置调节电压达到要求电压的最大值，与反馈节点电压成比例且大于反馈节点电压。
[0014]对比专利文献:CN202385060U误差运算放大器 201120566884.9，CN202798590U 误差放大器 201220465272.5
【专利附图】
【附图说明】:
[0015]在下面的叙述中本发明的上述和其他目的及优点将是显而易见的，结合附图，其中部分器件的参考数字贯穿始终，并在其中:[0016]图1是一个简化的模块和现有技术的低压差电压调节器电路的电路图；
[0017]图2是在一个低压差电压调节器中，根据本发明的原理误差放大器的电路的第一实施例的电路图；
[0018]图3是在一个低压差电压调节器的下，根据本发明的原理误差放大器的电路的第二实施例的电路图。
【具体实施方式】:
[0019]图2阐述了在一个低压差稳压器下，现有发明的误差放大电路第一实例，调节器200耦合到输出电压源，在Vin和GROUND的端口。这个调节器包括一个通过装置(功率晶体管)220，这个晶体管用于驱动电流从Vin流到Vtot(—个可调节输出电压产生)，一个驱动电路230，这个电路耦合到通过装置，一个电流源240，一个偏置发生器21，和一个控制电路270。偏置发生器21包括一个启动电路，这个电路产生电流，这个电流与绝对温度成比例。用于产生偏置发生器21的电路，该电路包括一个恰当的启动电路。其他一些(常规)偏置和启动电路可以用。电流源240包括并联的晶体管201-205，产生电流给电压器的其它电路。晶体管201用于偏置电流器240，这个电流器驱动输出电压为电路提供电流。通过晶体管220控制电流从输入节点Vin流到输出节点VQUT。通过晶体管220和Vqut的电压由驱动电路230控制，该电路包括达林顿连接NPN晶体管206和207，PNP晶体管208和电阻221和222。由驱动电路230提供给通过晶体管220的驱动由一个误差信号控制，该误差信号由控制电路270的输出节点E产生。
[0020]控制电路270包括一个误差放大器，该误差放大器有一个镜像电流250，该镜像电流器包括晶体管209和210，它们发射极面积比为1:10。晶体管发射极分别通过电阻224和225耦合到GROUND，电阻224和225在晶体管发射极电路中。镜像电流由电流源晶体管204和205提供，电阻223和电容234、235提供该误差放大器的高频补偿。在电路模块260中，控制电路270还包括一个反馈电路，包括晶体管211的基极-发射极电路和电阻226，该电阻耦合到反馈节点VBe和镜像电流晶体管210的发射极节点212之间。晶体管211通过肖特基二极管223耦合到VOTT。肖特基二极管是用来提供负输出电压保护，也不会对电路的工作要求严格。最后，电路模块260包括电阻232和231，该电路作为电压分压器串耦合到Vot和GROUND，并在分隔串的中间节点，在反馈晶体管211的基极标注VBe。为了更充分的讨论，在端口 Vott，这种分隔字符串可以用来设置可调节电压。
[0021]图2电路图操作如下。晶体管204、205是电流源中的一对，电流源给误差放大/镜像电流的两个引脚提供相同电流，这个电流源由晶体管209和210组成。当晶体管209和210产生的电流相同时，且晶体管204和205产生的电流也相同时，误差放大电路就稳定了。当误差放大电路稳定了，在25摄氏度下，晶体管210的Vbe就是60mv,小于晶体管209的电压，而且通过电阻225的电压的压降Λ Vbe是60!!^，此压降小于通过电阻224的压降。在操作时，当有电流时，节点E的误差 信号就会驱动发射极跟随器晶体管208，该晶体管在驱动电路230中，晶体管208会驱动达林顿连接晶体管206和207，反过来又会驱动通过晶体管220从Vin产生电流流到VQUT。当通过晶体管220产生的电流上升时，Vout的电压就会上升。当Vott电压上升时，VBe(由电阻分压器产生)的电压也会上升。当VBe上升时，晶体管211开始工作，且在镜像电流250的晶体管210的发射极，Vqut端产生一个反馈电流，该电流从电阻226流到求和节点212。通过电阻225的额外反馈电流引起它的电压上升，这就引起晶体管210的基极电压也会上升。晶体管209基极电压的上升，使得晶体管处于高阻状态。反馈回路将会驱动通过晶体管220直到Vott的电压上升到足够高，以引起反馈电流流过电阻225，这样使得通过它的电压变成60mv，这个电压高于通过电阻224的电压(晶体管209和210的发射极区域以1:10的比率)。这样，因为晶体管209和210产生的相同电流，误差放大电路就稳定了。反馈端VBe的电压处于稳定操作点，且输出电压Vott是一个可调节值。
[0022]如果Vott的电压超过规定的值，反馈节点VBe也会超过稳定的操作点。这样会导致额外反馈电流流过节点212。结果参考电阻225的电压就会上升，从而导致晶体管209更难被驱动且节点E的误差信号电压减小，这样降低了发射极跟随器晶体管208的基极电压，晶体管208用于提供驱动给达林顿连接晶体管206和207。驱动通过晶体管220的电压的降低，导致输出电流的减小。输出电压下降到规定的值，使得反馈回路处于稳定状态。另一方面，如果Vtot的电压低于规定的值，效果就会相反。直到输出电压达到规定电压，否则通过晶体管的驱动就会很难，使反馈回路达到稳定操作点。
[0023]电压Vbe在反馈晶体管211的基极-发射极节点产生，加上电阻226上的压降和参考电阻225的压降，导致VBe的电压与带隙电压相等(大约1.22伏)。当误差放大器稳定时，通过选择电阻226的值，以使VBe的端口电压与带隙电压相等，反馈节点VBe的电压有一个名义上的零温度漂移(一阶)，因此，就会在有用的操作温度范围漂移(通常为-50摄氏度到+125摄氏度)。因为通过电阻分压器231和232，Vqut的电压与VBe成比例，电压Vqut会有一个规定的零温度漂移。
[0024]在其中一个误差放大镜像电流晶体管的发射极电路的一个节点将反馈电流叠加，而不是如图1中在这些晶体管的一个集电极，在本发明中，镜像晶体管的基极、发射极回路产生的压降和电流源晶体管产生的压降都不包括在反馈回路中。这就使得误差放大器在一个更低的电压下工作，相同地能够使一个低压差稳压器产生温度补偿，调节电压大大低于图1中电路规定的电压。
[0025]当然，晶体管209和210的发射极区域比率可能并不是1:10。综合的电路设计技术被人们熟知，两个晶体管的基极、发射极不同的电压降是电流造成的，且发射极区域可能
由下面公式决定 ,
[0026]k为玻尔兹曼常数，
[0027]Q是一个电子的电荷，
[0028]T是开尔文温度，
[0029]IC1/IC2是这两个晶体管的集电极电流的比值，AE1/AE2是这两个晶体管发射极面积的比值。
[0030]图2还显示在实例中特定组件的典型电流值(当然，可以理解的是，其他的电流和元件值都可以用)。电流源204和205提供典型的与绝对温度成正比的1.2uA电流，电阻224阻值为IOk欧姆，电阻225为12k欧姆，电阻226为95k欧姆。在规定的VBe和Vqut值下，当镜像电流稳定了，这些值分别导致电阻224和225上12mv和72mv的压降，且5uA的反馈电流叠加到节点212上。如这些特定的值所示，根据电阻分压串231和232所选的值，晶体管211的基极电压(VBe)可能调到带隙电压值(大约1.22伏)。如果电阻231的值可以是零或者接近零，或远小于电阻232时，就可以获得一个规定的大约1.22伏的输出电压，因此导致通过电阻231和232的压降基本等于零或接近零。电阻231和232可能选其它值，因此设定的电压是一个需要的规定值。这样的话，选择的电阻224应能提Vtot供最佳的波形阻止。
[0031]图3阐述了现有发明下的另一个实例。图3的电路和图2的电路一样，除了(I)与晶体管209和210相比，晶体管309和310的发射极面积比率颠倒了，因此晶体管309的发射极面积是晶体管310的10倍；(2)在IOX晶体管309的求和节点312，反馈电流叠加到镜像电流；(3)达林顿晶体管206和207，发射极电阻221和222被去除了，因此发射极跟随器晶体管208直接驱动通过晶体管220。因为反馈电流叠加到镜像电流(其与图2相比，图3中在节点E产生的误差信号相位相反)达林顿晶体管就不需要了。与图2相比，在图3的Vout和VBe变化的误差信号就相反了。
[0032]在不背离本发明原则下，电路会有所改变。例如，图2的电路可能安排包括PNP电流源(晶体管205和204)，该电流源提供相等的电流给镜像电流，镜像电流晶体管209和210的发射区成比例，发射极电阻224和225相等。这样的安排阻止PNP电流的变化，因此即使有变化，节点VBe的反馈电压仍是一个带隙值。另外，PNP晶体管可以提供相等的电流，发射极面积可能相等，且不相等的电流发射极电阻可能被用在镜像电流中。这样的电流在误差放大发射极电阻上提供一个可选择的零压差。这样的话，通过控制PNP管电流的温度因素，以产生一个正比例温度因素而不是与绝对温度成正比，电路的温度漂移就有可能得到补偿。而在另一个修改中，由电流源提供的电流是成比例的，镜像电流晶体管的发射极面积基本上相等。因为两个镜像电流晶体管的电流不同，在发射极电路的参考电阻上可能会产生一个AVBE。
[0033]该发射极电路用于产生低电流。当镜像电流晶体管产生的电流成比例且与电流源产生的电流基本上相等时，误差放大器就稳定了。此外，反馈电流可能连接到镜像电流晶体管的发射极的一个节点，而不是直接连接到其中一个晶体管的发射极。例如，电阻225可能包括两个串联电阻，反馈节点可能是两个电阻之间的中间节点。可能还有其它修改，如，将晶体管211的集电极耦合到除了 Vtot的其它节点或将电流源240耦合到除了 Vin的其它节点。一个可选电容CNOISE可能被加到从Vtm到节点212。此外，该电容器绕过参考且降低输出电压噪声。该电容器也可提高电路的瞬间响应。这些特点往往是某些应用所需的，如蜂窝电话。
[0034]因此，一种新的误差放大器电路形成了。根据本发明原则，人们会发现，它还可以被应用于其他的电路，为说明起见，本发明不受限制，只受本发明的权利要求所限制。
【权利要求】
1.一种误差放大器的参考电路，其特征是:运用在控制电路中的一个误差放大器电路，该电路包含:一个第一电流源和一个第二电流源；一个镜像电流有一个第一镜像电流晶体管耦合到第二电流源，一个第一电阻耦合到其中一个镜像电流晶体管的发射极电路，用于确定发射极电路中的求和节点在第一电阻和一个晶体管的发射极之间，该镜像电流晶体管工作在不同的电流下，且镜像电流产生一个输出信号用于驱动额外的电路；一个第二电阻；一个第三晶体管，该晶体管有一个集电极，一个发射极和一个基极；其中第二电阻和第三晶体管的基极、发射极串联在一个反馈节点和求和节点之间，该反馈节点耦合到第三晶体管的基极，第三晶体管的集电极耦合到一个电压源，因此输出信号的值由反馈电压决定，反馈电压由反馈节点产生。
2.根据权利要求1所述的一种误差放大器的参考电路，其特征是:运用在控制电路中的一个误差放大器电路，当反馈节点电压等于预先设定好的电压时，误差放大器就稳定了 ；预先设定好的电压等于带隙电压；一个分压电路有第一节点、第二节点和中间节点，中间节点耦合到反馈节点，因此，当第一和第二节点其中一个节点的电压等于预先设定好的电压，大于且与反馈节点电压成比例时，误差放大器就稳定了 ；第一和第二电流源产生相等的电流，且第一和第二镜像电流晶体管的发射极区域是不同的；其中一个镜像晶体管的工作电流比另一个晶体管低；一个通过晶体管有一个集电极、发射极耦合电路，这个电路产生一个从输入端到输出端的电流，一个基极；一个驱动电路的输出端耦合到通过晶体管的基极，用于控制由通过晶体管产生的电流，一个输入端耦合以接收误差放大器的输出信号；输出端耦合到反馈节点，因此输出端的电压被调到预先设定好的电压值，这个电压值等于或大于反馈端的电压值。
3.根据权利要求2所述的一种误差放大器的参考电路，其特征是:运用在控制电路中的一个误差放大器电路，一个驱动电路有第一节点、第二节点和一个中间节点，这个中间节点耦合到反馈节点，且第一和第二节点中的一个节点耦合到输出端，因此输出端的电压大于且与反馈节点电压成比例；当反馈节点的电压等于预先设定好的电压时，镜像电流就稳定了且输出端的电压就是一个可调节的值；预先设定好的电压基本上等于带隙电压。
4.根据权利要求1所述的一种误差放大器的参考电路，其特征是:运用在控制电路中的一个误差放大器电路，一个用于在误差放大器的输出端产生误差信号的方法，该误差放大器包含一个第一和第二镜像电流晶体管，用于操控分别由第一和第二电流源产生的电流，镜像电流晶体管工作在不同的电流下，且包含一个第一电阻阻抗，该阻抗在包含至少一个镜像电流晶体管发射极电路中，一个发射极电路中的求和节点，这个节点在其中一个镜像电流晶体管的发射极和第一电阻阻抗之间，这个第一电阻阻抗操控一个由其中一个镜像电流晶体管产生的第一电流，该方法包含:操控一个反馈电流通过反馈电路，这个电路有一个电阻与一个晶体管的基极、发射极回路耦合、串联，反馈电流的大小是反馈节点电压的函数，该反馈节点耦合到另一个晶体管的基极；反馈电流耦合到求和节点，因此第一电阻阻抗操控一个电流，这个电流由第一电流和反馈电流组成；误差信号值是反馈节点电压的函数；当反馈节点的电压等于预先设定好的电压时，误差放大器就稳定了且这个误差信号是一个名义上的值；预先设定好的电压值基本上等于一个带隙电压。这个误差放大器电路被运用至IJ许多不同的控制电路中。尤其，现在的误差放大电路能够使低压差稳压器产生温度补偿，调节输出电压至少与带隙电压一样低。
【文档编号】G05F1/56GK103618511SQ201310616849
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】李志鹏 申请人:苏州贝克微电子有限公司