一种大输出电流互补推挽电路的制作方法

本发明涉及半导体集成电路设计领域，具体涉及一种大输出电流互补推挽电路。

背景技术：

1、运算放大器作为绝大多数电路中不可或缺的一部分，其性能在很大程度上决定了整个电路甚至系统的性能。作为直接连接外部负载的部分，运算放大器的输出级很大程度上决定了放大器的输出电流能力、失真、输出幅度等关键指标。

2、图1是最常见的ab类推挽输出结构，二极管d1和二极管d2使得晶体管q1或者晶体管q2微导通，最终晶体管q1或者晶体管q2在略大于半个信号周期内导通，消除了交越失真，电流源i1和电流源i2为二极管d1和二极管d2提供偏置电流，也为晶体管q1和晶体管q2提供基极驱动电流，一般情况下i1＝i2。输出电流具体可以细分为扇出电流和灌入电流，该结构可以提供的最大扇出电流和灌入电流分别是βni1和βpi2，其中βn和βp分别是npn和pnp的电流放大倍数。对于绝大多数电路来说，输出电流一般在20～50ma。对于需要100ma以上的大输出电流，可以采用提升i1或i2以提高基极驱动电流来实现，或者采用达林顿输出级(提升了等效β)来实现。但是第一种方法会明显增加静态功耗，第二种方法会进一步降低输出电压摆幅。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种大输出电流互补推挽电路，在不增加静态功耗和不降低输出摆幅的情况下，把输出电流提升到100ma量级。

2、具体方案包括：

3、核心电路，具有接收节点和输出节点，用于通过接收节点接收前级电路提供的输入信号，通过输出节点提供输出电压vout；

4、正向驱动电路，用于向核心电路动态增加正向驱动电流；

5、负向驱动电路，用于向核心电路动态增加负向驱动电流。

6、进一步的，核心电路包括二极管d1、二极管d2、晶体管q1、晶体管q2、电流源i1和电流源i2，其中：

7、电流源i1的一端连接电源电压vcc，电流源i1的另一端连接二极管d1的正极；

8、晶体管q1的基极连接二极管d1的正极，晶体管q1的集电极连接正向驱动电路；晶体管q1的发射极连接晶体管q2的发射极，且晶体管q1的发射极与晶体管q2的发射极间的连接点作为输出节点；

9、晶体管q2的基极连接二极管d2的负极，晶体管q2的集电极连接负向驱动电路；

10、电流源i2的一端连接电源电压vee，电流源i2的另一端连接二极管d2的负极；

11、二极管d1的负极连接二极管d2的正极，且二极管d1的负极与二极管d2的正极间的连接点作为输入节点。

12、进一步的，正向驱动电路包括晶体管q3、晶体管q4、电阻r1、电阻r2和电流源i4，其中：

13、电阻r1的一端连接电源电压vcc，电阻r1的另一端连接晶体管q1的集电极和晶体管q4的发射极；

14、电阻r2的一端连接电源电压vcc，电阻r2的另一端连接晶体管q3的发射极；

15、晶体管q3的集电极连接二极管d1的正极，晶体管q3的基极连接晶体管q4的基极；

16、晶体管q4的集电极连接晶体管q4的基极和电流源i4的一端，电流源i4的另一端连接电源电压vee。

17、进一步的，负向驱动电路包括晶体管q5、晶体管q6、电阻r3、电阻r4和电流源i3，其中：

18、电阻r3的一端连接电源电压vee，电阻r3的另一端连接晶体管q2的集电极和晶体管q6的发射极；

19、电阻r4的一端连接电源电压vee，电阻r4的另一端连接晶体管q5的发射极；

20、晶体管q5的集电极连接二极管d2的负极，晶体管q5的基极连接晶体管q6的基极；

21、晶体管q6的集电极连接晶体管q6的基极和电流源i3的一端，电流源i3的另一端连接电源电压vcc。

22、进一步的，晶体管q1为npn管，晶体管q2为pnp管。

23、进一步的，晶体管q3为pnp管，晶体管q4为npn管。

24、进一步的，晶体管q5为npn管，晶体管q6为pnp管。

25、本发明的有益效果：

26、本发明提供的电路不同于传统结构采用固定电流为输出晶体管提供驱动电流，而是额外增加了部分器件(q3～q6、i3和i4电流源和r1～r4电阻)，q3将会在输出电流大于10ma后逐渐导通，q3导通后形成的电流iq3将会与固定电流i1一并为q1提供正向基极驱动电流。类似的，q5将会在灌入电流大于10ma后逐渐导通，q5导通后形成的电流iq5将会与固定电流i2一并为q2提供负向基极驱动电流。静态情况下，q3和q5处于近似截至状态，集电极电流iq3和iq5接近于0，而晶体管集电极电流与基极发射极电压vbe的指数关系使得q3和q5强烈导通后的电流iq3和iq5远大于静态电流源i1和i2，从而实现静态功耗不变的情况下为外部负载提供大输出电流。

27、本发明基于双极工艺，采用改进型的大电流ab类推挽输出结构，在保持输出幅度和功耗基本不变的同时，实现了输出电流约5倍的提升，而芯片面积仅仅增加约15％。

技术特征：

1.一种大输出电流互补推挽电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种大输出电流互补推挽电路，其特征在于，核心电路包括二极管d1、二极管d2、晶体管q1、晶体管q2、电流源i1和电流源i2，其中：

3.根据权利要求2所述的一种大输出电流互补推挽电路，其特征在于，晶体管q1为npn管，晶体管q2为pnp管。

4.根据权利要求2所述的一种大输出电流互补推挽电路，其特征在于，正向驱动电路包括晶体管q3、晶体管q4、电阻r1、电阻r2和电流源i4，其中：

5.根据权利要求4所述的一种大输出电流互补推挽电路，其特征在于，晶体管q3为pnp管，晶体管q4为npn管。

6.根据权利要求2所述的一种大输出电流互补推挽电路，其特征在于，负向驱动电路包括晶体管q5、晶体管q6、电阻r3、电阻r4和电流源i3，其中：

7.根据权利要求6所述的一种大输出电流互补推挽电路，其特征在于，晶体管q5为npn管，晶体管q6为pnp管。

技术总结本发明涉及半导体集成电路设计领域，具体涉及一种大输出电流互补推挽电路，包括核心电路，具有接收节点和输出节点，用于通过接收节点接收前级电路提供的输入信号，通过输出节点提供输出电压VOUT；正向驱动电路，用于向核心电路动态增加正向驱动电流；负向驱动电路，用于向核心电路动态增加负向驱动电流；本发明基于双极工艺，采用改进型的大电流AB类推挽输出结构，在保持输出幅度和功耗基本不变的同时，实现了输出电流约5倍的提升，而芯片面积仅仅增加约15％。技术研发人员：范国亮,何峥嵘,胡云兰,周远杰,王成鹤,杨阳,徐嘉豪受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十四研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/18