[发明专利]一种运算放大器及其输出级电路

说明书

本公开提供了一种运算放大器及其输出级电路，该输出级电路能利用输出晶体管对提供输出电压，并通过输入晶体管对分别接入前级电路提供的中间信号和输出电压，以及利用偏置电压产生器获取前述输入晶体管对的电路状态，以生成第一偏置电压和第二偏置电压并分别提供到该输出晶体管对的控制端，其中，该偏置电压产生器利用所述输入晶体管对形成输出电压的反馈控制环路，以实现前述的输出电压对负载变化的瞬态响应。由此不仅可以拓展该输出级电路的供电电压范围，降低其输出阻抗，而且能提高对负载的瞬态响应速度和电路的稳定性。

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，具体涉及一种运算放大器及其输出级电路。

背景技术

一个高性能放大器既有增益高又有输出阻抗小等特点，能够放大微小的信号，又能驱动小阻抗的负载，有较强驱动能力。一般的放大器设计中往往如图1a所示，可以分为输入级和输出级。输入级提供很大的电压增益，输出级提供大电流驱动能力，具有很小的输出阻抗。如何减小输出级的输出阻抗，驱动更小的负载一直是电路设计的重点和难点之一。另外放大器的输出级我们要求既要有输出电流的能力又要有吸收电流的能力，所以一般由一对异极性晶体管对(双极性晶体管中的PNP型和NPN型、场效应管中的P沟道型和N沟道型)组成互补输出级电路，而这两只异极性晶体管也称为互补功率管对。工作时，互补功率管对的电流值随输入信号或正或负的变化而增大或减小，即所谓推挽式放大。实际电路中，两只互补功率管对的输入端(如两管基极间)还设置有偏置电路，为互补功率管对提供偏置电压，使其有一个静态工作电流。根据静态电流大小，可将工作状态分为甲类(A类)、甲乙类(AB类)等。

通常class AB结构的输出级电路可以做到较大的输出电流和吸收电流，在电路中广泛应用，如图1b所示。两只异极性晶体管Mp1和Mn1组成互补的输出级120，其连接节点提供输出信号Vo，晶体管Mp1的控制端和Mn1的控制端之间串联连接有电容C01和C02，并分别连接输入级110，以接入偏置电压，输入级电路110包括差分输入晶体管对和电压放大级电路，差分输入晶体管对的控制端分别接入差分输入信号INP和和INN，第一端共同连接并通过电流源I01连接到供电端，差分输入晶体管对的第二端连接电压放大级电路，以通过电流镜结构和晶体管对Mp2和Mn2进行信号放大处理，以向输出级120提供偏置电压，晶体管对Mp1和Mn1作为互补的输出级120，当放大器需要对外提供电流时，Mp1栅电压被拉低，Mp1进入更强烈的反型区，输出电流增大。当放大器需要吸收电流时，Mn1栅电压被拉高，Mn1进入更强烈的反型区，吸收电流增大。

在输出级120中，当推挽式输出晶体管对Mp1和Mn1操作在高电压域时(即接收较高的电源供应电压)，输出晶体管对应采用高压组件，此高压组件的耐压符合电源供应电压。若欲采用中压组件来实现稳压器，则稳压器的输出电压范围必须受到限制，否则输出晶体管的跨压可能超过其耐受电压，这就在一定程度上限制了电源电压的进一步降低，在某些低电压应用中不适用；另一方面输出级本身的输出阻抗较大，在负载电流跳变时，不仅输出响应速度迟缓，而且有较大值跳变，稳定性较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种运算放大器及其输出级电路，不仅可以拓展输出级电路的供电电压范围，降低输出阻抗，而且能提高对负载的瞬态响应速度和电路的稳定性。

一方面本公开提供了一种输出级电路，其中，包括：

输入晶体管对，包括第三晶体管和第四晶体管，该第三晶体管的第二端与第四晶体管的第二端共同连接并通过第一电流源接地，该第三晶体管的控制端接入前级电路提供的中间信号，该第四晶体管的第一端连接供电端，控制端接入该输出级电路的输出电压；

偏置电压产生器，具有提供第一偏置电压的第一输出端和提供第二偏置电压的第二输出端；