基於高壓大電流運算放大器的功率放大器的製作方法
2023-06-21 18:27:46 5
專利名稱：基於高壓大電流運算放大器的功率放大器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及模擬電子電路，尤其涉及一種基於高壓大電流運算放大器 的功率放大器。
技術背景功率放大器廣泛應用於通信系統和各種電子設備中，為負載提供足夠大的 信號功率。在驅動電機、聲納換能器、線圈/磁場激勵、程控電源、音響等應 用中，需要具有低頻(超低頻)工作、大功率輸出、高效率、智能控制和保護功 能的功率放大器或功率驅動器。這種電路往往體積龐大，因此,集成化的低頻功 率驅動電路的需求呈增長趨勢。目前，電壓型功率放大器較為普遍。但在某些應 用場合,需要有程控性能好，且能恆定輸出較大電流，以驅動負載的恆流功率放 大器。 發明內容本實用新型的目的是提供一種基於高壓大電流運算放大器的功率放大器。 基於高壓大電流運算放大器的功率放大器包括主放大電路、輔助電路和輸 出單元；其中主放大電路包括輸入緩衝電路、U/A轉換電路、電流擴展單元； 輸入緩衝電路一端與U/A轉換電路相連，輸入緩衝電路另一端與上位PC機的D/A轉換器相連，電流擴展單元一端與U/A轉換電路相連，電流擴展單元另一端 與輸出單元中的浮置負載接口相連；輔助電路包括電壓提升單元、放浪湧幹擾 單元；電壓提升單元一端與直流穩壓電源，電壓提升單元另一端與U/A轉換電 路相連，防浪湧幹擾單元與電流擴展單元相連；輸出單元包括相位補償單元、 浮置負載接口、採樣單元、反饋電路、接地單元；相位補償電路與浮置負載接 口、採樣單元、接地單元相連，浮置負載接口與反饋電路相連，反饋電路與U/A 轉換電路相連。所述的U/A轉換電路的內部模塊連接關係為運算放大器0PA541引腳1與 電阻R3的一端及可調電阻Rl的一端相連，電阻R3的另一端接地，運算放大器 0PA541引腳2與電阻R2、電阻R4的一端相連，電阻R2的另一端接地，電阻R4的另一端與採樣電阻Rf的一端相連，運算放大器0PA541引腳3、運算放大器 0PA541引腳4與電壓提升單元中三極體TIP127的e端相連，運算放大器0PA541 引腳10、運算放大器0PA541引腳11與電壓提升單元中三極體TIP122的e端相 連，運算放大器0PA541引腳5、運算放大器0PA541引腳7與電阻Rs的一端相
連，運算放大器0PA541引腳8與電阻Rs的另一端相連。電流擴展單元包括場效應管、土50V直流穩壓電源，電阻RIO、電阻R11的 一端與運算放大器0PA541的引腳8相連，電阻R10的另一端與電阻R9、電阻 R17、電阻R18的一端相連，電阻Rll的另一端與電阻R12、電阻R19、電阻R20 的一端相連，電阻R9的另一端接電源+Vcc,電阻R17、電阻R18的另一端分別 與第一場效應管IRF640 Tl、第二場效應管IRF640 T2的引腳G相連，電阻R12 的另一端與電源-Vcc相連，電阻R19、電阻R20的另一端分別與第一場效應管 IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳G相連，第一場效應管IRF640 Tl、 第二場效應管IRF640 T2的引腳D與電源+Vcc相連，第一場效應管IRF640 Tl、 第二場效應管IRF640T2的引腳S分別與電阻R15、電阻R13的一端相連，第一 場效應管IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳D與電源-Vcc相連， 第一場效應管IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳S分別與電阻R14、 電阻R16的一端相連，電阻R13 電阻R16的另一端連接。電壓提升單元的電路為三極體11 122的引腳(:與電源+Vcc、電阻R5的 一端相連，三極體TIP122的引腳b與電阻R5的另一端、電阻R6的一端相連， 三極體TIP127的引腳c與電源-Vcc、電阻R8的一端相連，三極體TIP127的引 腳b與電阻R8的另一端、電阻R7的一端相連，電阻R6、電阻R7的另一端與運 算放大器0PA541的引腳8相連;防浪湧幹擾單元中二極體Dl的正極與電源-Vcc 相連，二極體Dl的負極與電阻R23的一端相連，二極體D2的負極與電源+ Vcc 相連，二極體D2的正極與電阻R22的一端相連，電阻R22、電阻R23的另一端 與電阻R15、電阻R16的另一端相連。本實用新型的輸入信號可以是信號發生器或者是由電腦程式控制發出的 任意信號，具有適應範圍廣、柔性度高等特點。在本恆流功率放大器的設計上 採用了大功率的運算器件0PA541和功率MOSFET，並且採用三極體提升運放輸出 電壓和多片功率MOSFET並聯分流的方式連接，具有輸出功率高、電流大的特點。 採用防浪湧幹擾電路，具有衝擊影響小，起動性能好的特點。整體電路具有線 性度高，電壓調整率低，負載調整率和時漂小，信噪比高，響應速度快的特點。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。圖1是基於高壓大電流運算放大器的功率放大器電路框圖；圖2是本實用新型的U/I轉換電路圖；圖3是本實用新型的電流擴展電路圖4是本實用新型的電壓提升電路圖； 圖5是本實用新型的防浪湧幹擾電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，基於高壓大電流運算放大器的功率放大器包括主放大電路、 輔助電路和輸出單元；其中主放大電路包括輸入緩衝電路、U/A轉換電路、 電流擴展單元；輸入緩衝電路一端與U/A轉換電路相連，輸入緩衝電路另一端 與上位PC機的D/A轉換器相連，電流擴展單元一端與U/A轉換電路相連，電流擴展單元另一端與輸出單元中的浮置負載接口相連；輔助電路包括電壓提升 單元、放浪湧幹擾單元；電壓提升單元一端與直流穩壓電源，電壓提升單元另 -端與U/A轉換電路相連，防浪湧幹擾單元與電流擴展單元相連；輸出單元包 括相位補償單元、浮置負載接口、採樣單元、反饋電路、接地單元；相位補償 電路與浮置負載接口、採樣單元、接地單元相連，浮置負載接口與反饋電路相 連，反饋電路與U/A轉換電路相連。如圖2所示，U/A轉換電路的內部模塊連接關係為運算放大器0PA541引 腳1與電阻R3的一端及可調電阻R1的一端相連，電阻R3的另一端接地，運算 放大器0PA541引腳2與電阻R2、電阻R4的一端相連，電阻R2的另一端接地， 電阻R4的另一端與採樣電阻Rf的一端相連，運算放大器0PA541引腳3、運算 放大器0PA541引腳4與電壓提升單元中三極體TIP127的e端相連，運算放大 器0PA541引腳10、運算放大器0PA541引腳11與電壓提升單元中三極體TIP122 的e端相連，運算放大器0PA541引腳5、運算放大器0PA541引腳7與電阻Rs 的一端相連，運算放大器0PA541引腳8與電阻Rs的另一端相連。電阻Rs是小 阻值精密電阻，為運算放大器0PA541提供限流保護，電阻Rl為多圈精密可調 電阻，電阻R2、電阻R3、電阻R4的阻值相等。如圖3所示，電流擴展單元包括場效應管、士50V直流穩壓電源，電阻RIO、 電阻Rll的一端與運算放大器0PA541的引腳8相連，電阻R10的另一端與電阻 R9、電阻R17、電阻R18的一端相連，電阻Rll的另一端與電阻R12、電阻R19、 電阻R20的一端相連，電阻R9的另一端接電源+Vcc，電阻R17、電阻R18的另 一端分別與第一場效應管IRF640 Tl、第二場效應管IRF640 T2的引腳G相連， 電阻R12的另一端與電源-Vcc相連，電阻R19、電阻R20的另一端分別與第一 場效應管IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳G相連，第一場效應管 IRF640 Tl、第二場效應管IRF640 T2的引腳D與電源+Vcc相連，第一場效應 管IRF640 T1、第二場效應管IRF640 T2的引腳S分別與電阻R15、電阻R13的 一端相連，第一場效應管IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳D與電 源-Vcc相連，第一場效應管IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳S 分別與電阻R14、電阻R16的一端相連，電阻R13 電阻R16的另一端連接。直 流穩壓電源為場效應管T1 T4提供電源；電阻R17 電阻R20阻值相等，為精 密電阻，電阻R13 電阻R16阻值相等，為大功率小阻值電阻。如圖4所示，電壓提升單元的電路為三極體TIP122的引腳c與電源+ Vcc、 電阻R5的一端相連，三極體TIP122的引腳b與電阻R5的另一端、電阻R6的 一端相連，三極體TIP127的引腳c與電源-Vcc、電阻R8的一端相連，三極體 TIP127的引腳b與電阻R8的另一端、電阻R7的一端相連，電阻R6、電阻R7 的另一端與運算放大器0PA541的引腳8相連；防浪湧幹擾單元中二極體Dl的 正極與電源-Vcc相連，二極體D1的負極與電阻R23的一端相連，二極體D2的 負極與電源+ Vcc相連，二極體D2的正極與電阻R22的一端相連，電阻R22、 電阻R23的另一端與電阻R15、電阻R16的另一端相連。電阻R5 R8阻值相等。如圖5所示，防浪湧幹擾單元(2.2)由二極體與電阻組成，與電流擴展單 元相連。電壓信號由輸入單元輸出至輸入緩衝電路，然後由輸入緩衝單元輸出至U/A 轉換電路中可調電阻Rl,經過可調電阻Rl進入運算放大器0PA541引腳1，運 算放大器0PA541引腳8與電阻Rs的連接端輸出經過U/A轉換後的電流信號。 當運算放大器0PA541弓i腳8與電阻Rs的連接端輸出的電流是正值時，正電流 進入電阻RIO，然後平均進入電阻R17、電阻R18，流經電阻R17的電流進入第 一場效應管IRF640 Tl引腳G，經過放大後，電流從第一場效應管IRF640 Tl引 腳S流出，進入電阻R15，流經電阻R18的電流進入第二場效應管IRF640T2引 腳G，經過放大後，電流從第二場效應管IRF640T2引腳S流出，進入電阻R13， 電阻R13、電阻R15的輸出電流相加後輸入到負載接口的輸入端，此時加載在負 載上的是正電流；當運算放大器0PA541引腳8與電阻Rs的連接端輸出的電流 是負值時，負電流進入電阻Rll，然後平均進入電阻R19、電阻R20，流經R19 的電流進入第一場效應管IRF9640 T3引腳G，經過放大後，電流從第一場效應 管IRF9640 T3引腳S流出，進入電阻R14，流經電阻R20的電流進入第二場效 應管IRF9640 T4引腳G，經過放大後，電流從第二場效應管IRF9640 T4引腳S 流出，進入電阻R16，電阻R14、電阻R16的輸出電流相加後輸入到負載接口的 輸入端，此時加載在負載上的是負電流；電流信號經過負載後，從負載接口的輸出端輸出，輸出電流一部分進入釆 樣電阻Rf，輸出電流經過Rf接地形成迴路，輸出電流另一部分經過電阻R4反 饋進入運算放大器0PA541引腳2。
權利要求1、一種基於高壓大電流運算放大器的功率放大器，其特徵在於包括主放大電路、輔助電路和輸出單元；其中主放大電路包括輸入緩衝電路、U/A轉換電路、電流擴展單元；輸入緩衝電路一端與U/A轉換電路相連，輸入緩衝電路另一端與上位PC機的D/A轉換器相連，電流擴展單元一端與U/A轉換電路相連，電流擴展單元另一端與輸出單元中的浮置負載接口相連；輔助電路包括電壓提升單元、放浪湧幹擾單元；電壓提升單元一端與直流穩壓電源，電壓提升單元另一端與U/A轉換電路相連，防浪湧幹擾單元與電流擴展單元相連；輸出單元包括相位補償單元、浮置負載接口、採樣單元、反饋電路、接地單元；相位補償電路與浮置負載接口、採樣單元、接地單元相連，浮置負載接口與反饋電路相連，反饋電路與U/A轉換電路相連。
2、 根據權利要求1所述的一種基於高壓大電流運算放大器的功率放大器， 其特徵在於所述的U/A轉換電路的內部模塊連接關係為運算放大器0PA541引 腳1與電阻R3的一端及可調電阻R1的一端相連，電阻R3的另一端接地，運算 放大器0PA541引腳2與電阻R2、電阻R4的一端相連，電阻R2的另一端接地， 電阻R4的另一端與採樣電阻Rf的一端相連，運算放大器0PA541引腳3、運算 放大器0PA541引腳4與電壓提升單元中三極體TIP127的e端相連，運算放大 器0PA541引腳10、運算放大器0PA541引腳11與電壓提升單元中三極體TIP122 的e端相連，運算放大器0PA541引腳5、運算放大器0PA541引腳7與電阻Rs 的一端相連，運算放大器0PA541引腳8與電阻Rs的另一端相連。
3、 根據權利要求1所述的一種基於高壓大電流運算放大器的功率放大器， 其特徵在於所述的電流擴展單元包括場效應管、土50V直流穩壓電源，電阻RIO、 電阻Rll的一端與運算放大器0PA541的引腳8相連，電阻R10的另一端與電阻 R9、電阻R17、電阻R18的一端相連，電阻Rll的另一端與電阻R12、電阻R19、 電阻R20的一端相連，電阻R9的另一端接電源+Vcc，電阻R17、電阻R18的另 一端分別與第一場效應管IRF640 Tl、第二場效應管IRF640 T2的引腳G相連， 電阻R12的另一端與電源-Vcc相連，電阻R19、電阻R20的另一端分別與第一 場效應管IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳G相連，第一場效應管 IRF640 Tl、第二場效應管IRF640 T2的引腳D與電源+Vcc相連，第一場效應 管IRF640 Tl、第二場效應管IRF640 T2的引腳S分別與電阻R15、電阻R13的 一端相連，第一場效應管IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳D與電 源-Vcc相連，第一場效應管IRF9640 T3、第二場效應管IRF9640 T4的引腳S分別與電阻R14、電阻R16的一端相連，電阻R13 電阻R16的另一端連接。
4、根據權利要求1所述的一種基於高壓大電流運算放大器的功率放大器， 其特徵在於所述的電壓提升單元的電路為:三極體TIP122的引腳c與電源+Vcc、 電阻R5的一端相連，三極體TIP122的引腳b與電阻R5的另一端、電阻R6的 一端相連，三極體TIP127的引腳c與電源-Vcc、電阻R8的一端相連，三極體 TIP127的引腳b與電阻R8的另一端、電阻R7的一端相連，電阻R6、電阻R7 的另一端與運算放大器0PA541的引腳8相連；防浪湧幹擾單元中二極體Dl的 正極與電源-Vcc相連，二極體Dl的負極與電阻R23的一端相連，二極體D2的 負極與電源+ Vcc相連，二極體D2的正極與電阻R22的一端相連，電阻R22、 電阻R23的另一端與電阻R15、電阻R16的另一端相連。
專利摘要本實用新型公開了一種基於高壓大電流運算放大器的功率放大器。它是由主放大電路、輔助電路和輸出單元組成。主放大迴路包括，電壓跟隨電路組成的輸入緩衝電路，U/I轉換電路和電流擴展單元；輔助電路主要由電壓提升單元組成；信號輸出主要為電流信號的輸出。恆流功率放大器具有功率大、響應速度快、精度高、程控性能好、適應性強等特點。在主放大迴路運算器件的選擇上採用了運算放大器，具有限流和短路保護功能，保證了本放大器的運行其安全性。在負載接地方式設計上採用了浮置負載的方式，通過反饋電阻構成負反饋，具有自動調整穩流的功能。
文檔編號H03F1/52GK201018459SQ20072010728
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月15日 優先權日2007年3月15日
發明者君 徐, 葛榮傑, 趙章榮, 鄔義傑 申請人:浙江大學