[发明专利]运算放大器电路结构

说明书

技术领域

本发明与运算放大器有关，特别是关于一种利用电流镜(current mirror)的镜比(mirror ratio)并控制负载大小，以调整增益(gain)并避免偏置电压(offset voltage)的运算放大器电路结构。

背景技术

运算放大器是各种电子装置中一个重要的电路组成元件，其广泛地应用于家电、工业及科学仪器等领域。电路设计者常可使用运算放大器来实现许多不同的运作功能，如缓冲器、滤波器、类比至数字转换器等。

理想的运算放大器具备下列特性：输入阻抗无限大、输出阻抗等于零、开回路增益无限大、共模互斥比(Common Mode Rejection Ratio)无限大、频宽无限大。然而，由于半导体工艺及集成电路技术的限制，实际运算放大器存在某些非理想特性。因此，现有技术以一偏置电压(Offset Voltage)代表运算放大器的非理想性。为了补偿运算放大器的非理想性，业界已提出许多偏置电压消除方法及其相关装置。

举例来说，现有可消除偏置电压的放大器装置包含一单位增益运算放大器、一偏置电压消除装置及一等效电压源；单位增益运算放大器的增益为1，即输出电压等于输入电压，其包含一输入级电路及一输出级电路；等效电压源用来表示单位增益运算放大器的非理想性(不存在于实际电路上)，其所产生的电压表示单位增益运算放大器的偏置电压，而偏置电压消除装置则用来补偿偏置电压，其包含有至少三开关及一电容。

其中，偏置电压消除装置利用单位增益运算放大器的虚拟短路(Virtual Short)特性，消除偏置电压(offset voltage)的影响，其运作方式如下。

首先，当放大器装置操作于一偏置电压储存模式时，其中二开关导通，而另一开关关闭，则单位增益运算放大器的正输入端与输出端间的电压差(即偏置电压)会对电容充电；接着，当放大器装置操作于一偏置电压消除模式时，原关闭的开关导通，而原导通的二开关关闭，则电容两端所储存的电压差，其大小及极性可抵消偏置电压的影响，使得(输入电压为0时)正输入端与输出端间的电压差为0，因而消除偏置电压。

当放大器装置的输出电压随着输入电压而改变时，偏置电压消除装置通过切换三开关的导通与关闭，可补偿偏置电压的影响。

然而，当单位增益运算放大器的输出端耦接于一电容，输出电压随输入电压改变的时间会受单位增益运算放大器的扭转率(Slew Rate)影响，亦即输出电压无法与输入电压同步改变，使得输出电压与输入电压的差距在某一段时间之内不等于0；在此情形下，储存于电容的电压值会因输出电压的偏移而改变，即不等于偏置电压的值；如此一来，当放大器装置操作于偏置电压消除模式时，由于电容的电压值不等于偏置电压的值，使得偏置电压无法完全被消除，因而影响放大器装置的性能及其使用范围，且其结构亦无法针对增益值作调整。

发明内容

本发明目的在于提供一种运算放大器电路结构，能同时地满足较小偏置电压(offset voltage)与较高增益(Gain)。

为达上述目的，本发明提供一种运算放大器电路结构，包含：一第一电流镜，具有一第一电流镜比；一第二电流镜，与该第一电流镜电性连接，该第二电流镜具有一第二电流镜比；一输入部，与该第一电流镜及该第二电流镜电性连接；一输出部，同时电性连接在该输入部与该第一电流镜之间以及该输入部与该第二电流镜之间，并相对应地具有一第一输出阻抗及一第二输出阻抗；以及一电流源，电性连接该输入部；其中，该第一电流镜比等于该第二电流镜比，该第一输出阻抗等于该第二输出阻抗，以避免产生一偏置电压。

该运算放大器电路结构的一增益值的调整，通过调整该第一电流镜比或该第二电流镜比来完成。

另，该运算放大器电路结构，还包括一第三电流镜及一第四电流镜，该第三电流镜具有一第三电流镜比且电性连接该第一电流镜相对该输入部的一侧，该第四电流镜具有一第四电流镜比且电性连接该第二电流镜相对该输入部的一侧，该第三电流镜比等于该第四电流镜比，且等于该第一电流镜比及该第二电流镜比，而该第三电流镜与该第一电流镜之间电性连接一第一可变阻抗，该第四电流镜与该第二电流镜之间电性连接一第二可变阻抗，通过调整该第一可变阻抗及该第二可变阻抗，以避免产生该偏置电压。

其中，该输入部为一轨对轨(rail to rail)放大器电路，该输出部为具有高通过率的一缓冲电路。

附图说明

图1是表示本发明运算放大器电路结构一第一实施例的电路图；

图2是表示本发明运算放大器电路结构一第二实施例的电路图；