基极电流消除电路及运算放大器输入结构

基极电流消除电路及运算放大器输入结构
1.本公开要求于2022年10月28日提交的申请号为202211342588.x的中国专利的优先权，其全部内容通过引用结合在本公开中。
技术领域
2.本公开涉及电路技术领域，尤其涉及一种基极电流消除电路及运算放大器输入结构。


背景技术：

3.随着信息技术的飞速发展，从精密仪器仪表、医疗、通信、数据中心、汽车、安全到物联网等等各个领域对精密度的要求越来越高。其中运算放大器是线性集成电路里种类最广泛、数量最多的器件。运算放大器的输入级决定了整体的失调、噪声等指标，普通运算放大器输入级的偏置电流大(≥10na)、失调电压高(≥1mv)、电压噪声密度高、电流噪声密度高等缺点，不能满足信号检测、采集和信号测量中对于微弱信号进行精确仿真和精准计算的需求。当电流或电压的差值较小并且需要进行精确测量时，就需要使用高精度、低输入偏置电流、低噪声运算放大器。使用这些运算放大器时，放大器的输入不会淹没信号。高精度、低输入偏置电流运算放大器在与传感器接口的应用中，如光电二极管、ph计或其他静电计及下游电子产品的相关功能，起着关键作用。目前常见的降低输入偏置电流、提高运放精度的方法有基极电流消除技术。然而，传统的基极电流消除技术存在以下劣势：其一、电路中用于补偿基极电流的消除电流与基极电流还是有部分偏差，未能完全消除；其二、无法保证输入对管的基极电流能够精准复制，受到厄利效应的影响，不同晶体管之间的集电极电流失配；其三、基极电流消除电路带来的噪声电流较大。这些影响限制了运算放大器的高精度领域的应用。


技术实现要素：

4.针对现有技术问题，本公开的目的在于设计一种基极电流消除电路及运算放大器输入结构，用于大幅降低输入偏置电流，失调电流等，且消除了厄利效应对于匹配性晶体管带来的影响，提高了电路的精度。
5.本公开第一方面提供一种基极电流消除电路，包括：第一晶体管q
10
、第二晶体管q
11
、第三晶体管q
12
、第四晶体管q
13
、第五晶体管q
14
、第六晶体管q
17
；第一电阻r3和第二电阻r6，其中：第一晶体管q
10
的发射极连接至第六晶体管q
17
的基极，第一晶体管q
10
的集电极连接第二电阻r6的第一端，第二电阻r6的第二端连接第六晶体管q
17
的发射极；第二晶体管q
11
的发射极和第三晶体管q
12
的发射极均连接第一电阻r3的第一端；第二晶体管q
11
的集电极连接第四晶体管q
13
的发射极和第五晶体管q
14
的发射极，第三晶体管q
12
的集电极连接至第一晶体管q
10
的基极、第四晶体管q
13
的基极和第五晶体管q
14
的基极，第三晶体管q
12
的基极与第二晶体管q
11
的基极连接后再连接至第四晶体管q
13
的发射极和第五晶体管q
14
的发射极。
6.本公开第二方面提供一种运算放大器输入级结构，包括：基极电流消除电路；电阻
负载的差分对，包括第七晶体管q1、第八晶体管q2、第三电阻r4和第四电阻r5；集电极-发射极电压补偿电路，包括第九晶体管q3、第十晶体管q4、第十一晶体管q5、第十二晶体管q6和第十三晶体管q7；电流源电路，包括第十四晶体管q8、第十五晶体管q9、第十六晶体管q
15
、第十七晶体管q
16
、第五电阻r7和第六电阻r8；源电阻，包括第七电阻r1和第八电阻r2；其中，第七晶体管q1的发射极与第八晶体管q2的发射极连接后再连接至第十三晶体管q7的基极和第十五晶体管q9的集电极；第七晶体管q1的基极连接第五晶体管q
14
的集电极且通过第七电阻r1外接输入电源，第八晶体管q2的基极连接第四晶体管q
13
的集电极且通过第八电阻r2外接输入电源；第七晶体管q1的集电极和第八晶体管q2的集电极分别连接第十晶体管q4的发射极和第十一晶体管q5的发射极；第九晶体管q3的基极、第十晶体管q4的基极和第十一晶体管q5的基极连接，第九晶体管q3的发射极连接第十三晶体管q7的发射极且连接第十二晶体管q6的基极，第十二晶体管q6的集电极连接第六晶体管q
17
的基极；第十晶体管q4的集电极、第十一晶体管q5的集电极分别连接第三电阻r4的第一端和第四电阻r5的第一端；第三电阻r4的第二端、第四电阻r5的第二端、第十六晶体管q
15
的发射极、第十七晶体管q
16
的发射极和第一电阻r3的第二端连接；第十六晶体管q
15
的基极与第十七晶体管q
16
的基极连接，第十六晶体管q
15
的集电极与第一晶体管q
10
的集电极连接，第十七晶体管q
16
的集电极与第九晶体管q3的集电极和基极均连接；第十四晶体管q8的基极与第十五晶体管q9的基极连接，第十四晶体管q8的集电极连接第十二晶体管q6的发射极，第十四晶体管q8的发射极连接第五电阻r7的第一端，第十五晶体管q9的连接第六电阻r8的第一端，第五电阻r7的第二端连接第六电阻r8的第二端。
7.根据本公开的实施例，第一晶体管q
10
与第七晶体管q1、第八晶体管q2的比例为4比1，第一晶体管q
10
用于复制第七晶体管q1、第八晶体管q2的基极电流。
8.根据本公开的实施例，第二晶体管q
11
与第三晶体管q
12
的比例为1比2，构成电流镜，用于复制第一晶体管q
10
的基极电流。
9.根据本公开的实施例，第二晶体管q
11
的集电极电流分配给相同的第四晶体管q
13
和第五晶体管q
14
，通过第四晶体管q
13
和第五晶体管q
14
的发射极电流补偿第七晶体管q1和第八晶体管q2的偏置电流。
10.根据本公开的实施例，第五电阻r7的电阻值和第六电阻r8的电阻值之比为1比2。
11.根据本公开的实施例，第十四晶体管q8的集电极电流为第十五晶体管q9的集电极电流的2倍。
12.根据本公开的实施例，第六晶体管q
17
用于使第一晶体管q
10
为一个二极管导通的压降。
13.根据本公开的实施例，第一晶体管q
10
、第七晶体管q1、第八晶体管q2、第九晶体管q3、第十晶体管q4、第十一晶体管q5、第十二晶体管q6、第十四晶体管q8和第十五晶体管q9为npn晶体管；第二晶体管q
11
、第三晶体管q
12
、第四晶体管q
13
、第五晶体管q
14
、第六晶体管q
17
、第十三晶体管q7、第十六晶体管q
15
和第十七晶体管q
16
为pnp晶体管。
14.根据本公开实施例提供的基极电流消除电路及运算放大器输入结构，至少包括以下有益效果：
15.该基极电流消除电路通过降低输入偏置电流，从而降低失调电流，提高输入阻抗。采用集电极-发射极电压补偿技术，消除厄利效应对电流源与输入对管的影响，使得匹配晶
体管的工作状态稳定，提高电路精度。该结构对应的运算放大器输入级具有高精度、低输入偏置电流、低等效输入电流噪声密度等特点。
附图说明
16.图1示意性示出了传统的输入级基极电流消除电路的结构图。
17.图2示意性示出了本公开实施例提供的运算放大器输入级结构的电路图。
具体实施方式
18.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
19.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
20.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
21.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
22.贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
23.类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
25.图1示意性示出了传统的输入级基极电流消除电路的结构图。
26.如图1所示，输入对管的输入偏置电流ib即是基极电流，理想的运算放大器的基极电流为零，输入端可以看作是虚断。但较大的基极电流会对运算放大器产生大的输入误差，比如增大运放的失调电流，噪声电流等。因此需要采用基极电流消除结构来降低输入偏置电流。
27.此电路中，晶体管q1、q2为输入对管，晶体管q
12
为电流源。通过晶体管q6、q7的集电极电流补偿基极电流，晶体管q9、q
10
、q
11
使得晶体管q5～q8的发射极比q1、q2的发射极高三个二极管压降。因此，输入对管q1、q2的集电极-发射极电压为一个二极管压降，q1、q2的发射极正偏时集电极能够反偏，保证电路可以正常工作，q1、q2的匹配性更好。假设q5和q6、q7和q8的集电极电流相等，pnp和npn的β值都相同，则晶体管q2的基极电流等于晶体管q4的基极电流，并通过复制q4的基极电流到q6的集电极，使得q2的基极电流与q6的集电极电流相等，外部流入电流为零。
28.下面定量分析传统结构的基极电流消除电路的作用，对于单边电路来说，假设所有晶体管的电流放大倍数β相同，则输入偏置电流i
b2
可以表示为
[0029][0030]
其中i
c12
为晶体管q
12
集电极电流。晶体管q4的基极电流可以表示为
[0031][0032]
则有
[0033][0034]
其中，i
b6
为晶体管q6的基极电流；i
c6
为晶体管q6的发射极电流；i
′
b2
用于补偿基极电流的消除电流，通过整理式(2)～(3)得
[0035][0036]
结合(1)式和(4)式得
[0037][0038]
整理(5)式得到误差为
[0039][0040]
然而，此结构需要保证晶体管q1与q3、q2与q4完全匹配，才能将q1和q2的基极电流复制到q3和q4的基极。实际上，受不同晶体管工作状态的影响，它们的β值不一定相等。例如晶体管q1和q3的集电极-发射极电压不同，会引入厄利效应的影响，导致两路电流不同，且β值不同。尤其对于pnp晶体管来说，它们偏置电流更低失配更大，电流无法精准复制，导致基极电流消除存在误差，有部分电流流入输入级。
[0041]
此外，由于工艺偏差导致输入对管q1、q2电路两部分的不对称性，还会引入更多的
误差。例如，晶体管q6、q7不匹配引入输入级的失调电流，更重要的是，q5～q8都将在输入端引入额外噪声，使得输入级整体噪声增大。
[0042]
对传统结构的电流噪声进行简要分析，由电流噪声公式，若忽略集电极电流的等效噪声(β值很大)和低频时闪烁噪声，得q4的噪声电流为
[0043][0044]
由于晶体管q41比1复制晶体管q2的基极电流，且通过电流镜复制电流补偿到输入级。则该噪声电流经过电流镜电路后等效到输入级的噪声电流为
[0045][0046]
电路的噪声电流由差分对管q1、q2的噪声电流和基极电流消除电路的噪声电流构成，则总等效输入电流噪声密度为
[0047][0048]
可以看出，传统基极电流消除电路带来的电流噪声较大。上述这些影响限制了运算放大器的高精度领域的应用。
[0049]
由此可知，传统基极电流消除电路带来的电流噪声较大。
[0050]
有鉴于此，本公开针对上述应用领域，设计一种bjt工艺的运算放大器输入级的基极电流消除电路及运算放大器输入结构，较于传统结构，能够大幅降低输入偏置电流，失调电流和噪声电流等，且消除厄利效应对于匹配性晶体管带来的影响，提高电路的精度。下面进行详细介绍。
[0051]
图2示意性示出了本公开实施例提供的运算放大器输入级结构的电路图。
[0052]
如图2所示，基极电流消除电路，包括：第一晶体管q
10
、第二晶体管q
11
、第三晶体管q
12
、第四晶体管q
13
、第五晶体管q
14
、第六晶体管q
17
；第一电阻r3和第二电阻r6。其中，第一晶体管q
10
的发射极连接至第六晶体管q
17
的基极，第一晶体管q
10
的集电极连接第二电阻r6的第一端，第二电阻r6的第二端连接第六晶体管q
17
的发射极。第二晶体管q
11
的发射极和第三晶体管q
12
的发射极均连接第一电阻r3的第一端。第二晶体管q
11
的集电极连接第四晶体管q
13
的发射极和第五晶体管q
14
的发射极，第三晶体管q
12
的集电极至第一晶体管q
10
的基极、第四晶体管q
13
的基极和第五晶体管q
14
的基极，第三晶体管q
12
的基极与第二晶体管q
11
的基极连接后再连接至第四晶体管q
13
的发射极和第五晶体管q
14
的发射极。
[0053]
运算放大器输入级结构，包括：基极电流消除电路；电阻负载的差分对，包括第七晶体管q1、第八晶体管q2、第三电阻r4和第四电阻r5。集电极-发射极电压补偿电路，包括第九晶体管q3、第十晶体管q4、第十一晶体管q5、第十二晶体管q6和第十三晶体管q7。电流源电路，包括第十四晶体管q8、第十五晶体管q9、第十六晶体管q
15
、第十七晶体管q
16
、第五电阻r7和第六电阻r8。源电阻，包括第七电阻r1和第八电阻r2。
[0054]
其中，第七晶体管q1的发射极与第八晶体管q2的发射极连接后再连接至第十三晶体管q7的基极和第十五晶体管q9的集电极；第七晶体管q1的基极连接第五晶体管q
14
的集电极且通过第七电阻r1外接输入电源，第八晶体管q2的基极连接第四晶体管q
13
的集电极且通
过第八电阻r2外接输入电源；第七晶体管q1的集电极和第八晶体管q2的集电极分别连接第十晶体管q4的发射极和第十一晶体管q5的发射极。
[0055]
其中，第九晶体管q3的基极、第十晶体管q4的基极和第十一晶体管q5的基极连接，第九晶体管q3的发射极连接第十三晶体管q7的发射极且连接第十二晶体管q6的基极，第十二晶体管q6的集电极连接第六晶体管q
17
的基极。第十晶体管q4的集电极、第十一晶体管q5的集电极分别连接第三电阻r4的第一端和第四电阻r5的第一端。第三电阻r4的第二端、第四电阻r5的第二端、第十六晶体管q
15
的发射极、第十七晶体管q
16
的发射极和第一电阻r3的第二端连接。第十六晶体管q
15
的基极与第十七晶体管q
16
的基极连接，第十六晶体管q
15
的集电极与第一晶体管q
10
的集电极连接，第十七晶体管q
16
的集电极与第九晶体管q3的集电极和基极均连接。
[0056]
其中，第十四晶体管q8的基极与第十五晶体管q9的基极连接，第十四晶体管q8的集电极连接第十二晶体管q6的发射极，第十四晶体管q8的发射极连接第五电阻r7的第一端，第十五晶体管q9的连接第六电阻r8的第一端，第五电阻r7的第二端连接第六电阻r8的第二端。
[0057]
在本公开实施例中，第一晶体管q
10
与第七晶体管q1、第八晶体管q2的比例为4比1，第一晶体管q
10
用于复制第七晶体管q1、第八晶体管q2的基极电流。
[0058]
在本公开实施例中，第二晶体管q
11
与第三晶体管q
12
的比例为1比2，构成电流镜，用于复制第一晶体管q
10
的基极电流。
[0059]
在本公开实施例中，第二晶体管q
11
的集电极电流分配给相同的第四晶体管q
13
和第五晶体管q
14
，通过第四晶体管q
13
和第五晶体管q
14
的发射极电流补偿第七晶体管q1和第八晶体管q2的偏置电流。
[0060]
在本公开实施例中，第五电阻r7和第六电阻r8之比为1比2。
[0061]
在本公开实施例中，第十四晶体管q8的集电极电流为第十五晶体管q9的集电极电流的2倍。
[0062]
在本公开实施例中，第六晶体管q
17
用于使第一晶体管q
10
为一个二极管导通的压降，使得第一晶体管q
10
和第七晶体管q1、第八晶体管q2的工作状态相同，β相等，保证电流能够精准复制。
[0063]
在本公开实施例中，第一晶体管q
10
、第七晶体管q1、第八晶体管q2、第九晶体管q3、第十晶体管q4、第十一晶体管q5、第十二晶体管q6、第十四晶体管q8和第十五晶体管q9为npn晶体管。第二晶体管q
11
、第三晶体管q
12
、第四晶体管q
13
、第五晶体管q
14
、第六晶体管q
17
、第十三晶体管q7、第十六晶体管q
15
和第十七晶体管q
16
为pnp晶体管。
[0064]
下面定量分析传统结构的基极电流消除电路的作用，对于单边电路来说，假设npn晶体管的β为β1，pnp晶体管的β为β2，因为第十四晶体管q8、第十五晶体管q9和第五电阻r7、第六电阻r8构成比例电流源，且对应的电阻之比为1比2，则有
[0065][0066]
其中i
c8
为第十四晶体管q8的集电极电流；i
c9
为第十五晶体管q9的集电极电流；i
b2
为第八晶体管q2的基极电流。对于基极电流消除电路，则有
[0067]ib10-2i
b13
＝i
c12
＝2i
c11
ꢀꢀꢀ
(11)
[0068]
其中i
b10
为第一晶体管q
10
的基极电流；i
b13
为第四晶体管q
13
的基极电流；i
c11
为第
二晶体管q
11
的集电极电流；i
c12
为第三晶体管q
12
的集电极电流。
[0069][0070]
其中i
e13
为第四晶体管q
13
的发射极电流。即有
[0071][0072]
结合(12)式、(13)式得
[0073][0074]
其中i
′
b2
为第八晶体管q2的基极电流消除电流，i
c13
为第四晶体管q
13
的集电极电流。代入(11)式得
[0075][0076][0077]
即有
[0078][0079]
结合(10)式、(17)式得
[0080][0081]
整理(18)式得到基极电流ib和基极电流消除电路补偿的电流i
′c之间得偏差
[0082][0083]
而传统结构的偏差
[0084][0085]
可以看出，与传统结构相比误差减小了近2倍，并且避免了pnp管和npn管的β不同而导致的误差。在传统结构中，由于用于消除基极电流的补偿电流来源于不同的电流源电路，对于不同电流镜需要晶体管之间匹配性很高。本设计中产生的补偿电流来源于同一个电流源，不需要额外的电流镜匹配。
[0086]
根据本公开的实施例，集电极-发射极电压补偿电路具体可以如下：
[0087]
在本发明实施例中，第九晶体管q3、第十晶体管q4、第十一晶体管q5构成集电极-发射极补偿电路，补偿输入对管第七晶体管q1、第八晶体管q2的v
ce
。由于第九晶体管q3、第十晶体管q4、第十一晶体管q5的发射极电位相同，所以输入对管的集电极-发射极电压为一个二极管导通的压降(第十三晶体管q7的v
be
)。从而使得第七晶体管q1、第八晶体管q2在发射极正偏时集电极反偏，差分对能够正常工作；输入对管的v
ce
一致，β相同。在传统结构中，输入
对管和复制基极电流的晶体管的v
ce
出现偏差时，会引入厄利效应的影响，使得集电极电流ic和β发生偏差，基极电流无法精准复制，电路精度降低。在本设计中第六晶体管q
17
保证第一晶体管q
10
的v
ce
为一个二极管导通的压降(第六晶体管q
17
的v
be
)，与输入对管一致，避免由于受到厄利电压(va)的影响，保证基极电流可以精准复制。
[0088]
第十二晶体管q6和第十三晶体管q7构成集电极-发射极补偿电路，补偿第十四晶体管q8、第十五晶体管q9的v
ce
。通过增加第十二晶体管q6，使得第十四晶体管q8、第十五晶体管q9的集电极与第九晶体管q3的发射极相差一个二极管导通的压降，第十四晶体管q8、第十五晶体管q9的集电极电位相同，由于电路电流和第五电阻r7和第六电阻r8阻值较低，电阻压降可以忽略。第十四晶体管q8、第十五晶体管q9的v
ce
相同，集电极电流相同且不受厄利效应的影响。保证了两路电流精度。
[0089]
根据本公开的实施例，降低电流噪声具体可以如下：
[0090]
下面对该基极电流消除电路的噪声电流做简要分析，由于该噪声电流与差分对管(第七晶体管q1、第八晶体管q2)的噪声电流是不相关的，所以计算时需要考虑。本设计中由于第一晶体管q
10
的基极电流为第七晶体管q1、第八晶体管q2的基极电流的4倍，若忽略集电极电流的等效噪声(β值很大)和低频时闪烁噪声，得第一晶体管q
10
的噪声电流为
[0091][0092]
可以看出，虽然复制电流的提高会增加该路的电流噪声，但是第一晶体管q
10
的噪声电流仅与复制倍数的平方根成比例的增加。然而，电流镜会成比例的衰减噪声，降低基极电流消除电路的噪声，从而降低总输入噪声电流。该电流噪声经过电流镜电路后等效到输入级的噪声电流为
[0093][0094]
电路的噪声电流由差分对管(第七晶体管q1、第八晶体管q2)的噪声电流和基极电流消除电路的噪声电流构成，则总等效输入电流噪声密度为
[0095][0096]
可以看出，虽然增加第十四晶体管q8的电流，使得复制电流为基极电流的4倍，噪声电流增加2倍，但电流镜使得噪声电流衰减4倍，最终等效到输入级的电流噪声密度为传统结构的5/8。
[0097]
根据本公开的实施例，本公开提供的基极电流消除电路及运算放大器输入级结构的优势在于：基极电流消除电路较传统结构有一定程度降低，并且不受npn管和pnp管β值不同的影响。避免关键晶体管受到厄利效应的影响，保证电流可以精准复制，提高电路精度。该基极电流消除电路较传统结构相比可以有效降低输入级的等效电流噪声，保证电路的高性能。
[0098]
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保
护范围之内。

技术特征：
1.一种基极电流消除电路，其特征在于，包括：第一晶体管(q
10
)、第二晶体管(q
11
)、第三晶体管(q
12
)、第四晶体管(q
13
)、第五晶体管(q
14
)、第六晶体管(q
17
)；第一电阻(r3)和第二电阻(r6)，其中：所述第一晶体管(q
10
)的发射极连接至所述第六晶体管(q
17
)的基极，所述第一晶体管(q
10
)的集电极连接所述第二电阻(r6)的第一端，所述第二电阻(r6)的第二端连接所述第六晶体管(q
17
)的发射极；所述第二晶体管(q
11
)的发射极和所述第三晶体管(q
12
)的发射极均连接所述第一电阻(r3)的第一端；所述第二晶体管(q
11
)的集电极连接所述第四晶体管(q
13
)的发射极和所述第五晶体管(q
14
)的发射极，所述第三晶体管(q
12
)的集电极连接至所述第一晶体管(q
10
)的基极、所述第四晶体管(q
13
)的基极和第五晶体管(q
14
)的基极，所述第三晶体管(q
12
)的基极与所述第二晶体管(q
11
)的基极连接后再连接至所述第四晶体管(q
13
)的发射极和所述第五晶体管(q
14
)的发射极。2.一种运算放大器输入级结构，其特征在于，包括：如权利要求1所述的基极电流消除电路；电阻负载的差分对，包括第七晶体管(q1)、第八晶体管(q2)、第三电阻(r4)和第四电阻(r5)；集电极-发射极电压补偿电路，包括第九晶体管(q3)、第十晶体管(q4)、第十一晶体管(q5)、第十二晶体管(q6)和第十三晶体管(q7)；电流源电路，包括第十四晶体管(q8)、第十五晶体管(q9)、第十六晶体管(q
15
)、第十七晶体管(q
16
)、第五电阻(r7)和第六电阻(r8)；源电阻，包括第七电阻(r1)和第八电阻(r2)；其中，所述第七晶体管(q1)的发射极与所述第八晶体管(q2)的发射极连接后再连接至所述第十三晶体管(q7)的基极和所述第十五晶体管(q9)的集电极；所述第七晶体管(q1)的基极连接所述第五晶体管(q
14
)的集电极且通过所述第七电阻(r1)外接输入电源，所述第八晶体管(q2)的基极连接所述第四晶体管(q
13
)的集电极且通过所述第八电阻(r2)外接输入电源；所述第七晶体管(q1)的集电极和所述第八晶体管(q2)的集电极分别连接所述第十晶体管(q4)的发射极和所述第十一晶体管(q5)的发射极；所述第九晶体管(q3)的基极、所述第十晶体管(q4)的基极和所述第十一晶体管(q5)的基极连接，所述第九晶体管(q3)的发射极连接所述第十三晶体管(q7)的发射极且连接所述第十二晶体管(q6)的基极，所述第十二晶体管(q6)的集电极连接所述第六晶体管(q
17
)的基极；所述第十晶体管(q4)的集电极、所述第十一晶体管(q5)的集电极分别连接所述第三电阻(r4)的第一端和所述第四电阻(r5)的第一端；所述第三电阻(r4)的第二端、所述第四电阻(r5)的第二端、所述第十六晶体管(q
15
)的发射极、所述第十七晶体管(q
16
)的发射极和所述第一电阻(r3)的第二端连接；所述第十六晶体管(q
15
)的基极与所述第十七晶体管(q
16
)的基极连接，所述第十六晶体管(q
15
)的集电极与所述第一晶体管(q
10
)的集电极连接，所述第十七晶体管(q
16
)的集电极与所述第九晶体管(q3)的集电极和基极均连接；所述第十四晶体管(q8)的基极与所述第十五晶体管(q9)的基极连接，所述第十四晶体管(q8)的集电极连接所述第十二晶体管(q6)的发射极，所述第十四晶体管(q8)的发射极连接所述第五电阻(r7)的第一端，所述第十五晶体管(q9)的连接所述第六电阻(r8)的第一端，
所述第五电阻(r7)的第二端连接所述第六电阻(r8)的第二端。3.根据权利要求2所述的运算放大器输入级结构，其特征在于，所述第一晶体管(q
10
)与所述第七晶体管(q1)、第八晶体管(q2)的比例为4比1，所述第一晶体管(q
10
)用于复制所述第七晶体管(q1)、第八晶体管(q2)的基极电流。4.根据权利要求2所述的运算放大器输入级结构，其特征在于，所述第二晶体管(q
11
)与所述第三晶体管(q
12
)的比例为1比2，构成电流镜，用于复制所述第一晶体管(q
10
)的基极电流。5.根据权利要求2所述的运算放大器输入级结构，其特征在于，所述第二晶体管(q
11
)的集电极电流分配给相同的第四晶体管(q
13
)和第五晶体管(q
14
)，通过第四晶体管(q
13
)和第五晶体管(q
14
)的发射极电流补偿第七晶体管(q1)和第八晶体管(q2)的偏置电流。6.根据权利要求2所述的运算放大器输入级结构，其特征在于，所述第五电阻(r7)的电阻值和第六电阻(r8)的电阻值之比为1比2。7.根据权利要求2所述的运算放大器输入级结构，其特征在于，所述第十四晶体管(q8)的集电极电流为第十五晶体管(q9)的集电极电流的2倍。8.根据权利要求2所述的运算放大器输入级结构，其特征在于，所述第六晶体管(q
17
)用于使所述第一晶体管(q
10
)为一个二极管导通的压降。9.根据权利要求2所述的运算放大器输入级结构，其特征在于，所述第一晶体管(q
10
)、所述第七晶体管(q1)、所述第八晶体管(q2)、所述第九晶体管(q3)、第十晶体管(q4)、第十一晶体管(q5)、第十二晶体管(q6)、所述第十四晶体管(q8)和所述第十五晶体管(q9)为npn晶体管；所述第二晶体管(q
11
)、所述第三晶体管(q
12
)、所述第四晶体管(q
13
)、所述第五晶体管(q
14
)、所述第六晶体管(q
17
)、所述第十三晶体管(q7)、所述第十六晶体管(q
15
)和所述第十七晶体管(q
16
)为pnp晶体管。

技术总结
本公开提供一种基极电流消除电路及运算放大器输入结构，电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管，第一电阻和第二电阻。第一晶体管的发射极连接至第六晶体管的基极，集电极连接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端连接第六晶体管的发射极；第二晶体管的发射极和第三晶体管的发射极均连接第一电阻的第一端；第二晶体管的集电极连接第四晶体管的发射极和第五晶体管的发射极，第三晶体管的集电极连接第一晶体管的基极、第四晶体管的基极和第五晶体管的基极，第三晶体管的基极、第二晶体管的基极、第四晶体管的发射极和第五晶体管的发射极连接。该电路能够降低输入级的偏置电流，保证电路的高性能。高性能。高性能。


技术研发人员：李文昌 李伟业
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/26