有源負電阻電路的製作方法
2023-06-16 08:01:56 2
專利名稱：有源負電阻電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於電學類模擬負電阻電路，具體地說，是涉及一種具有負電阻特性的電路(以下簡稱負阻電路)，可用於電力輸送、通信、電子儀器等領域。
負電阻特性是指端電壓極性與電流極性相反，端電壓絕對值與電流絕對值成正比的網絡特性。US4，873，502，US4，419，638和JP235810分別提出了具有這種特性的電路。US4，873，502利用變壓器用耦合元件，優點是電源設置方便，負電阻參數可由變壓器的變比決定，缺點是僅限於交流工作場合，通頻帶較窄。US4，419，638是用電晶體分立元件組成的電路，與外電路直接耦合，不存在上述US4，873，502的缺點，但是，新的缺點是給負阻電路供電的電源，不能與外電路電源共用，否則，將相互影響靜態工作點;在大功率的場合，很難使用單電源供電，而且端電壓的最大值不能夠大於電源電壓的二分之一，電源利用率較低。JP235810是用運算放大器和分立元件混合組成的電路，與上述兩種電路相比的優點是線性度好，缺點則與US4，419，638相同，而且由於運算放大器的耐壓通常較低，很難適應電力輸送場合下的高電壓要求。上述幾種電路的缺點限制了負電路的應用範圍。
本發明的任務在於，提出一種輸出端電壓接近總電源電壓和運算放大器耐壓，可單電源供電，能與外電路共地和共用電源的負阻電路，並保持US4，419，638和JP235810的優點。
這一任務是通過以下措施實現的1.在JP87235810電路的基礎上增加平衡電路[1]，共模跟隨電路[2]和平衡電阻R4。
2.為了提高大阻值的跟隨精度，增設A3、A4運算放大器並聯接成跟隨器電路。
3.在A1、A2兩運算放大器輸出端分別聯接互補推挽電路，用以擴大驅動能力。
以下結合附圖給出部分電路的實例，並通過這些實例描述出發明的細節。
圖1實例提供的是有源負電阻原理框圖，其中運算放大器A1和R1、R2、R3組成的電路與JP235810相同。本發明的特徵在於增加平衡電路[1]，分別聯接於R1和R2公共端，A1輸出端和共模跟隨電路[2];增加共模跟隨電路[2]，分別聯接於L1，L2和平衡電路;在A輸出端與端子L2之間串聯平衡電阻R4。
平衡電路[1]作用是將A、B兩點電位鉗制在分別高於和低於(或低於和高於)，C點電位，A、B兩點電位與C點電位的差值的絕對值相等。在電路設計時，R1和R4阻值相等，這兩電阻端電壓相同，使得L1，L2兩端子的電位分別高於和低於C點電位，L1、L2兩點電位的中值與C點電位相等。這時如果將C點電位控制在正負電源的中值，並以此作參考點，網絡通過電流時，L1電位的上升和L2電位的下降或L1電位的下降和L2電位的上升是同時存在並絕對值相等。理想情況下，A、B兩點電位可升降至正負電源值，若R1、R4取值遠遠小於等效負電阻絕對值，L1、L2的電位分別接近A，B兩點的電位，使得L1、L2兩端電壓可接近正負單電源值。
共模跟隨電路[2]的作用是將C點電位鉗制在L1、L2兩點電位的中值附近。當負電阻與外電路共用電源或共地(R7、R8公共端接地)聯接時，如果L1、L2兩端相對地點有共模電壓出現，共模跟隨電路[2]將驅使C點和AB兩點電位隨共模電壓變化。這種變化的效果將使得R1和R4兩端電壓不受共模電壓影響，變化電流極小，網絡對外的共模阻抗很大，以提高共模抑制能力。
圖2實例提供了一種有源負電阻電路。其中A2、R、R5、R9、R7、R8組成平衡電路，當負阻電路與外電路無共地和共電源聯接時，A2的同相輸入端電位是由R7、R8的分壓決定，通常處於正負電源的中值點。從運算放大器的特性可知，同相輸入端與反相輸入端的電位近似相等，輸入電流近似為零。所以，反相輸入端電位與C點相同，R5和R6兩電阻的電流相同，這時令R5與R6阻值相等，則B點與C點的電位差和A點與C點的電位差絕對值相同，極性相反，實現了平衡電位的作用。
共模跟隨電路由R10，R11組成，在設計參數時，這兩電阻的阻值遠遠小於R7、R8和R9網絡等效電阻，R10、R11與這一網絡電阻分壓後，可以在C點得到一個與L1，L2共模電位接近的電位。實現共模跟隨。
圖3實施例提供了一種適合較大阻值的有源負電阻電路。根據負電阻特性，與負電阻並聯的電阻值必須大於負電阻絕對值，才能保證負電阻電路工作在線性區。這就要求圖2電路中的R10、R11兩電阻的串聯值，大於負電阻絕對值，而R10、R11的阻值較大時，很難保證這兩電阻遠遠小於R7、R8、R9網絡等效電阻的要求。為了解決這一矛盾，採用圖3所示電路結構，用A3，A4運算放大器作阻抗變換後驅動R10、R11和電阻網絡，在這種情況下，負電阻阻值較大時，也可以選用較小的R10、R11。
圖4提供的實施例是一種大功率有源負電阻電路。其中，A1、A2兩運算放大器的輸出端都有互補推挽功放電路，這是因為外電路的電流通過A1，A2兩輸出端構成迴路，使得兩運算放大器都應具有較大電流驅動能力。
本發明與JP235810相比，優點是明顯的。引入平衡電路以後，在相同電源電壓和運算放大器耐壓情況下，負電阻額定工作電壓能提高一倍;可以使用單電源供電，在許多場合能帶來方便或降低產品成本;共模抑制能力提高後，能與外電路共用電源或共地聯接，擴大了應用範圍，抗幹擾能力強。
附圖和圖面說明圖1.有源負電阻電路原理框2.有源負電阻電路實例圖3、大阻值有源負電阻電路圖4、大功率有源負電阻電路本發明的實例可用於多種場合。在交流電源傳輸線中串聯有源負電阻電路後，線路電阻與負電阻的總阻為二者的差值，如果負電阻與線路電阻阻值相等，總電阻為零。這時不論負載電流大小，都不會因線路壓降而造成負載端電壓的波動。
在精密穩壓電源中設置有源負電阻後，適當調節阻值可補償電源內阻和外線路電阻，使精密電源能在較大動態電流下，保持電壓恆定，這種方式比通常使用的四線輸出方式使用更方便。
將有源負電阻電路做成組件後，可用於電子儀器內部，與普通電阻、電容聯接，能方便地組成雙穩態電路，自激多諧振蕩器，放大器等。
權利要求
1.一個由運算放大器A1、電阻R1、R2、R3組成的有源負電阻電路，其特徵是R1、R2公共端和A1輸出端之間聯接有平衡電路[1]；A1輸出端與端面L2之間聯接有電阻R4；L1、L2兩端面之間並接共模跟隨電路[2]，[1]與[2]連通。
2.根據權力要求1所述的電路，其進一步的特徵為A2輸出端與R1、R2的公共端連接;同相輸入端通過R9與R7、R8的公共端連接，同相輸入端還連接於R10、R11的公共端;A2反相輸入端通過R5接A1輸出端。
3.根據權力要求1所述的電路，進一步的特徵為R10的一端接端子L1，另一端接A2同相輸入端和R11，R11的另一端接端子L2。
4.根據權力要求1所述的電路，進一步的特徵為端子L1接A3同相輸入端，該運算放大器反相輸入端與輸出端相連，並接於R10一端;端子L2接A4同相輸入端，該運算放大器反相輸入端與輸出端連接，並接於R11的一端。
5.根據權力要求1所述的電路，進一步的特徵為R1和R4阻值相等。
6.一種大功率有源負電阻電路，其特徵為A1和A2的輸出端分別接有互補推挽放大器。
全文摘要
由運算放大器，電阻和電晶體組成的網絡，具有負電阻特性。主要特徵是設置有電壓平衡電路和共模跟隨電路。該電路可單電源供電，額定工作電壓接近電源電壓，能與外電路共用電源和共地聯接，抗幹擾能力強。
文檔編號H03H11/52GK1067771SQ9110391
公開日1993年1月6日 申請日期1991年6月14日 優先權日1991年6月14日
發明者周琨, 李霽紅 申請人:中國人民解放軍第二炮兵第一研究所