专利名称：电压信号放大的方法及运算放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压信号放大的方法，特别涉及一种运算放大电路。
背景技术：
运算放大器是模拟电路设计的关键模块，它大量运用于滤波器，数字 模拟转换器，模拟数字转换器设计中。
运算放大器通常使用在闭环应用中，为了达到理想的运放特性，希望 运放的开环增益尽量增大。增加增益的方法是增加串联的增益级个数(见 图1)，但其缺点是每增加一个增益级就会对运算放大器的开环函数增加 一部分的高频相移，最终会带来稳定性问题。因此传统运算放大器的直流 增益越高，其带宽越窄，以保证能够运算放大器稳定的工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电压信号放大的方法，其具有高 的直流增益，且能保证放大后信号的带宽不变，以保证信号的稳定。本发 明还提供一种运算放大器。
为解决上述技术问题，本发明的电压信号放大的方法，将输入信号直
接输入至N (N>2)个输入级电路，从第1个输入级电路的输出的信号送 至第1个增益级电路，经所述第1个增益级电路放大后的信号再和第2 个输入级电路的输出信号相加，所述经相加后的信号输入到第2增益级, 依次连接，至将第N个输入级电路的输出信号和第N-l个增益级电路的输
出信号相加后，最后通过输出级电路输出放大后的信号。
本发明的运算放大器，包括N (N>2)个输入级电路和N-1个增益级 电路，运算放大器的输入电压与N个输入级电路直接相连，第n (n《N) 个输入级电路的输出端连到第n个增益级电路的输入端，经放大后再和第 n+l个输入级电路的输出端相连接，后接至第n+l增益级电路的输入端， 最终将第N个输入级电路的输出端和第N-1个增益级电路的输出端相连接 后，接至输出级电路的输入端。
在本发明的技术方案中，假设所有增益级和输入级的直流增益都相 等，为^，则本发明的运算放大器直流增益是4%其值随N指数增长。 由于每一个输入级和增益级电路都是一阶低通系统，所以最终输出电压的 高频特性由最后的输入级N决定，这就可以保证在增加直流增益的同时， 多输入级运算放大器的拥有足以稳定的相位余量和足够宽的单位增益带 宽。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
图1为现有常见的运算放大器原理图2为本发明的运算放大器的原理图3为本发明的一个实施例；
图4是本发明的另一实施例。
具体实施例方式
本发明的电压信号放大的方法，将输入信号直接输入至N (N》2)个 输入级电路，从第1个输入级电路的输出的信号送至第1个增益级电路，
经所述第1个增益级电路放大后的信号再和第2个输入级电路的输出信号
相加，所述经相加后的信号输入到第2增益级，依次类推，至将第N个输 入级电路的输出信号和第N-l个增益级电路的输出信号相加后，最后通过 输出级电路输出放大后的信号。图2为本发明的运算放大器原理图，该运 算放大器的输入电压送入多个输入级电路，在图中，输入电压和N个输入 级电路直接相连。输入级1的输出连到增益级电路1的输入，经过放大后， 再和输入级2的输出相加，其结果输入到增益级2q如此依次连续连接， 到最后，输入级N的输出和增益级N-1的输出相加，得到最终运算放大器 的输出电压。
图3为一个实施例，给出了两个输入级和一个增益级构成的多输入级 运算放大器的电路结构，vip， vin是输入信号，voutp， voutn是输出信号， 最左边的模块是输入级l，中间的模块是增益级l，最右边的模块是输入 级2。输入级电路和增益级电路均由两个MOS晶体管和三个恒流源组成 其中一个恒流源的输入端加载电源电压，而输出端分别与所述两个MOS 晶体管的源极相连接，所述两个M0S晶体管的漏极分别通过另外两个恒流 源接地；输入电压接到所有的输入级电路中的晶体管的栅极，输入级1 的晶体管输出的电压分别接至增益级1中晶体管的栅极，经放大后再分别 和输入级2的漏极输出相连接，增益级1和输入级2的输出信号相加后输 出信号voutp和voutn。假设增益级和输入级的直流增益都相等，为4， 则该实施例的运算放大器直流增益是4 。
上述图3中的晶体管也可替换成三极管(也称双极型晶体管)，即图 4所述电路图。输入级电路和增益级电路均由两个相同的三极管和三个恒
流源组成其中一个恒流源的输入端加载电源电压，而输出端分别与所述 两个三极管的发射极相连接，所述两个三极管的集电极分别通过另外两个 恒流源接地；输入电压接到所有的输入级电路中的三极管的栅极，输入级 1的三极管输出的电压分别接至增益级1中三极管的基极，经放大后再分
别和输入级2的集电极输出相连接，增益级1和输入级2的输出信号相加 后输出信号voutp禾口 voutn0
上述电路中输入级和增益级的数量可根据用户的要求增加。其他基于 本方法和思路的变化形式以及各种电路实现形式，都属于本发明专利的保 护内容。本发明的运算放大器中，由于每一个输入级和增益级电路都是一 阶低通系统，所以最终输出电压的高频特性由最后的输入级N决定，这就 可以保证多输入级运算放大器的拥有足以稳定的相位余量和足够宽的单 位增益带宽。
权利要求
1.一种电压信号放大的方法，其特征在于将输入信号直接输入至N(N≥2)个输入级电路，从第1个输入级电路输出的信号送至第1个增益级电路，经所述第1个增益级电路放大后的信号再和第2个输入级电路的输出信号相加，所述经相加后的信号输入到第2增益级，依次连接，至将第N个输入级电路的输出信号和第N-1个增益级电路的输出信号相加后，最后通过输出级电路输出放大后的信号。
2、 一种运算放大器，其特征在于所述运算放大器包括N (N>2)个 输入级电路和N-1个增益级电路，运算放大器的输入电压与所述N个输入级 电路直接相连，第n (n《N)个输入级电路的输出端连到第n个增益级电路 的输入端，经放大后再和第n+l个输入级电路的输出端相连接，后接至第n+l 增益级电路的输入端，最终将第N个输入级电路的输出端和第N-1个增益级 电路的输出端相连接后，接至输出级电路的输入端。
3、 按照权利要求2所述得运算放大器，其特征在于所述输入级电路 和增益级电路由两个相同的MOS晶体管和三个恒流源组成，其中一个恒流源 的输入端加载电源电压，而输出端分别与所述两个MOS晶体管的源极相连 接，所述两个MOS晶体管的漏极分别通过另外两个恒流源接地；所述输入电 压接到所有的输入级电路中的所述晶体管的栅极，从第n (n《N)个输入级 电路的晶体管输出的电压分别接至第n个增益级电路中晶体管的栅极，经放 大后再分别和第n+l个输入级电路的源极输出相连接，并将该输出分别送至 第n+l个增益级电路中晶体管的栅极。
4、 按照权利要求2所述得运算放大器，其特征在于所述输入级电路 和增益级电路由两个相同的三极管和三个恒流源组成，其中 一个恒流源的 输入端加载电源电压，而输出端分别与所述两个三极管的发射极相连接，所述两个三极管的集电极分别通过另外两个恒流源接地；所述输入电压接 到所有的输入级电路中的所述三极管的基极，从第n (n《N)个输入级电路 的三极管输出的电压分别接至第n个增益级电路中三极管的基极，经放大后 再分别和第n+l个输入级电路的集电极输出相连接，并将该输出分别送至第 n+l个增益级电路中三级管的基极。
全文摘要
本发明提供一种电压信号放大的方法，通过将输入信号直接输入至N(N≥2)个输入级电路，从第1个输入级电路的输出的信号送至第1个增益级电路，经所述第1个增益级电路放大后的信号再和第2个输入级电路的输出信号相加，所述经相加后的信号输入到第2增益级，依次连接，至将第N个输入级电路的输出信号和第N-1个增益级电路的输出信号相加后，最后通过输出级电路输出放大后的信号。本发明还提供按照上述方法得到的运算放大器。本发明的多输入级运算放大器，能保证在增加直流增益的同时，拥有足以稳定的相位余量和足够宽的单位增益带宽。
文档编号H03F3/45GK101373954SQ20071009403
公开日2009年2月25日 申请日期2007年8月24日 优先权日2007年8月24日
发明者震 周, 魏述然 申请人:锐迪科微电子(上海)有限公司