信號轉換電路及包括該電路的放大器的製作方法
2023-05-25 17:11:31
專利名稱：信號轉換電路及包括該電路的放大器的製作方法
技術領域：
本發明首先涉及的是對輸入電信號進行轉換的電路。
本發明還涉及壓控限幅功率放大器。
本發明實際上是應用於信號電平轉換領域。
實際上，使用本發明能使高保真地放大音頻信號，本發明可在機器人機械化方面對各種電學器件進行控制。
背景技術：
在音頻放大方面，現有的各种放大器主要使用下面兩種技術。
第一種技術在於使用兩個共源互補MOSFET電晶體(用金屬氧化物半導體場效應電晶體)。
使用這種裝配儘管在音頻質量方面獲得良好的結果，但不能獲得大的功率增益。
第二種技術在於使用兩個N型溝道MOSFET電晶體，聯成推挽電路。
這兩個電晶體的一個接成共漏極，另一個接成共源極。
這種連接目前用於D類音頻放大器(限幅功率放大器)在高保真方面有很大的成效。
這種接成推換電路有一個很大的缺陷在於對電晶體的控制。
事實上，每隻N型溝道MOSFET的柵極應該由兩個不同的源信號來控制。
因此，就提出了控制信號的同步問題。由於在實際上不可能使兩個信號同時出現，便要考慮在轉換時出現的電流尖峰。
事實上，根據這種連接，兩個電晶體在一個短時間內同時激活，這就使生成電流尖峰值達到幾百安培。
當然，這些大的電流峰值不管是對於系統的效率還是對於其保真性都是有害的。
為了避免在轉換時出現電流峰值，通常是在轉換時使用一個空載時間(dead time)。
這樣免除上述電流峰值，但是出現了其它缺陷。
事實上，插入空載時間就使有用信號失真。
而且，使用空載時間並沒有解決推挽電路結構在本質上的不平衡問題各電晶體的連接並不對稱，因為其中一個是共漏極連接，而另一個則是共源極連接。
因而，現在的各种放大器並不能令人完全滿意，因為這些放大器不能在放大時在系統的效率和保真性兩方面得到滿意的兼顧。
在近似於前面所述的技術中，已有在文獻FR-A-2,779,293中所述的使用電晶體的輸出電路，這種電路的電壓高於兩個NMOS和PMOS電晶體的擊穿電壓，這兩個電晶體串聯並且它們的柵極彼此連接構成輸出電路。一個壓控電路與這些電晶體的柵極和源極連接。這種壓控電路從高電勢和低電勢供電獲取能量。將一中間參考電壓作用到各個電晶體的柵極上，然後，該電路響應於一個輸入信號控制作用到各電晶體的源極上電壓。
這種電路和推挽電路相比在仍需兩個控制信號方面並無實質性的改進。
而且，這僅僅涉及到一種共源極連接。
發明內容
本發明的目的在於消除現有裝置之缺陷，且首先提出一種電路，同時具有大的放大率，又使獲得的信號有高的保真度。
本發明的最重要的好處之一就是僅用一個柵極控制源，這樣就避免了轉換的問題。
再也沒有或很少再有電流尖峰的現象。
因此，損耗顯著縮小，且象在引入空載時間的情況那樣不產生失真。
由於損耗極大地縮小，考慮本發明的廣泛應用就可以將這個裝置集成為模塊形式或是小體積的混合電路的形式以獲得非常高的效率，同時獲得高的功率體積比以及更好的動態特性。
本發明的另一優點在於提出一些控制裝置，這些裝置構成柵極和電晶體的控制源，而勿需使用隔離變壓器。
因此，就沒有必要再去考慮由於使用隔離變壓器而生成的限制，就可以無限制地進行循環。
於是就明白，由於前述的優越性，就會使本發明有多種用途。
在後面的描述中將會看到本發明的別的目的和優越性。而後面的描述僅僅作為本發明的說明示例，而非限制性的。
本發明涉及的是一種輸入電信號的轉換電路，其中有——至少兩個電晶體，極性互補，共漏極連接，——電晶體的控制裝置，能夠生成對於前述的各電晶體的柵極唯一的控制信號，——一條和各電晶體源極連接的輸出線，後面描述這種電路的一些變型所述的互補的電晶體都是MOS技術場效應管，一個有N溝道，一個有P溝道。
在這個電路中有一個脈寬調製器，能夠將輸入信號調製成脈寬調製信號，為控制裝置所使用。
述及的控制裝置中有一個生成控制信號的緩衝電路，並且由一個高電勢供給電路和一個參考電勢供給電路為之供電的。
——參考電勢供給電路就是輸出線路。
——在控制裝置中有一個變壓器，它包括一個比較器，其輸入和一個脈寬調製器連接，使得其反相輸入接收信號(PWM)，而其非反相輸入接收信號(PWM)的反相信號，且其輸出端和緩衝電路的輸入連接。
——述及的比較器中具有一個由高電勢供給電路組成的高電勢供給電路和一個由輸出線路構成的低電勢供給電路。
——述及的控制裝置中在其輸出還有一個極化網路，這個極化網路和直流源的輸出連接，並和各電晶體的柵極連接。
——各電晶體的柵極與極化網路的連接是通過一個電平適應無源網路實現的。
——電路中還有一個濾波器，用於對輸出信號進行濾波。
本發明還在於一個集成有根據本發明的電路的壓控限幅功率放大器。
諸附圖都是做為說明示例給出的，而非是限制性的，這些附圖示出了根據本發明的最佳實施方式，以能夠方便地弄懂本發明。
圖1示出的這裡所介紹的電路的一般功能示意圖。
圖2是根據一個示例的這種電路的一個最佳實施方式。
具體實施例方式
本發明所提出的放大器是D型壓控限幅放大器。
在這種實施方式中所示出的電路中至少有兩個電晶體，用來對輸入信號In的電平進行變換。
儘管在這裡特別考慮的是MOS技術的場效應管，而本發明並不限制在這個方面，其它類型的管(例如雙極電晶體、IGBT、量子的)亦可以使用。
後面描述有關使用MOS技術場效應管的好的實施方式，後面將它們稱為MOSFET。
根據熟知的D型放大器技術，要放大的信號是在脈寬調製器1處的電路接收的。
如圖1所示，調製器1生成脈寬調製方波信號(PWM)。
在本發明的情況下，這個PWM信號及由任何已知的反相裝置所得到的PWM信號的補信號PWM就構成了控制裝置的輸入，控制裝置在圖1中用2標出。
按照示意的方式，這個圖中示出信號PWM及PWM並藉助於高電勢供給V1和低電勢供給V2，控制裝置2就在輸出形成控制信號13。
控制信號13保證了對由4和5標出的兩個電晶體的柵極的控制。
還有可能將無源網路3和這兩個柵極連接，以實現電平調整。
兩個電晶體4和5的極性是互補的。
在MOSFET管的情況下，其中一個為N型溝道4，另一個為P型溝道5。
在高電勢Vp和地G之間構成了功率供給。Vp與電晶體4的漏極連接，地G與電晶體5的漏極連接。
希望在輸出處有一濾波器6，以在音頻應用中的一般方式，例如為容-感組合的低通濾波器。
這裡指出，根據本發明，信號13是控制電晶體4和5的兩個柵極的唯一的控制信號，這樣就解決了在前面所述的轉換中形成尖峰的問題。
而且，可以看出輸出線路14是和電晶體4和5的兩個源極連接。
這個電路所得到的輸出信號在圖1中用詞「輸出Out」標出。
下面我們更為詳細地描述圖2示出的本發明的具體的實施方式。
這裡示出的是控制裝置2的最佳實施例。
在控制器2的中心處，一個緩衝電路10可以形成可比較的控制信號。
在緩衝電路10的輸入處接收到一個脈寬調製信號，其供電是由一個高電勢源V1和一個參考電勢構成的。
根據本發明的特徵方式，是在輸出線路14上獲取參考電勢的。於是緩衝電路10是和電晶體4和5的兩個源極的公共節點N1相連。
在緩衝電路10的輸出處有一極化網路12，能使電路的靜態工作點固定。
在其輸出處，電晶體4和5的兩個柵極和節點N2連接，生成器11生成一個直流電信號，並置控制供給的低電勢V2。根據一種好的變型，這裡所提出的電路的另一優點在於使用一種特殊概念的電平變換器。
為此，如圖2所示，控制裝置2在緩衝電路10的上遊有一比較器9。
如圖所示，比較器9的供給和緩衝電路10的供電源相同，或是從緩衝器供電源分支出來，即位於高電勢V1和由輸出線14構成的參考電勢之間。
比較器的反相輸入與非反相輸入分別接收到的是PWP信號和PWM信號。
使用這種構成電平變換的網絡較使用隔離變壓器更好，因為這可以使循環比無限偏移(excursion illimitée du rapport cyclique)。
值得指出，根據本發明的電路及包括這種電路的放大器相對於某放大能力具有較小的體積。
圖2還示出了濾波器6的一種實施方式。
符號索引1脈寬調製器 13控制信號2控制裝置 14輸出線路3柵極連接網 In輸入信號4電晶體 Out輸出信號5電晶體 V1控制供電高電勢6濾波器 V2控制供電低電勢7、8控制裝置輸 Vp功率源高電勢9比較器 G接地電源10緩衝電路 N1節點111生成器N2節點212極化網路 PWM脈寬調製信號
權利要求
1.輸入電信號(In)變換電路，其中有——至少兩個電晶體，極性互補，共漏極連接，——電晶體的控制裝置(2)，能生成控制述及的各電晶體的唯一的控制信號(13)——一條輸出線路(14)，與述及的各電晶體的源極連接，這種電路的特徵是控制裝置中有一個適應控制信號的緩衝電路(10)，這個緩衝電路是由高電勢供電(V1)和參考電位供電提供電能的，其特徵還在於述及的參考電勢供電就是輸出線路(14)。
2.根據權利要求1的電路，其特徵在於它具有一個脈寬調製器(1)，它可以將輸入信號(In)轉換成為控制裝置(2)可使用的脈寬調製信號(PWM)。
3.根據權利要求1或2中任一項的電路，其特徵在於控制裝置具有一個由比較器(9)構成的變壓器，該比較器和脈寬調製器(1)連接，使得其反相輸入接收一個信號(PWM)，而其非反相輸入接收該信號(PVM)的反相信號PVM，且其輸出和緩衝電路(10)的輸入相連接。
4.根據權利要求3的電路，其特徵在於在述及的比較器(9)中有一個由高電勢供電V1構成的高電勢供電源和輸出線路(14)構成的低電勢供電源。
5.根據權利要求1至4中任一項的電路，其特徵在於在控制裝置的輸出處具有一個極化網路(12)，這個極化網路的輸出和直流電壓生成器(11)連接，亦和各電晶體的柵極連接。
6.根據權利要求5的電路，其特徵在於各電晶體的柵極與極化網路(12)的連接都是通過一個電平適應網路(3)實現的。
7.根據權利要求1至6中任一項的電路，其特徵在於包括有一個濾波器，用以對輸出信號(out)濾波。
8.壓控限幅功率放大器，其特徵在於它集成有根據權利要求1至7中任意一項的電路。
全文摘要
本發明涉及的是輸入電信號(In)的轉換電路，這種電路中具有至少兩個極性互補，接成共漏極的電晶體(4、5)，電晶體(4、5)的控制裝置(2)，它可以生成控制所有電晶體(4、5)的柵極的唯一的一個控制信號(13)，一條和各電晶體源極連接的輸出線(14)，本發明還在於集成有這種電路的壓控限幅功率放大器。
文檔編號H03F3/38GK1444795SQ01813301
公開日2003年9月24日 申請日期2001年7月26日 優先權日2000年7月27日
發明者勒內·蘭布魯斯基, 尼科拉·洛姆託 申請人:勒內·蘭布魯斯基, 尼科拉·洛姆託