CN1021533C - 新型交流电压放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型交流电压放大器，它由两只运算放大器、两只双极晶体管、两只稳压二极管、五只电阻器、两只电容器组成，它只有三个接线端即信号输入端、信号输出端和公共端，没有单独的供给电源的接线端，从而最大限度地减少了它与外部电路的连接线的数目，它的输出信号从运算放大器或差分放大器的电源输入端引出，可以在仪器仪表、陆地和海上地震勘探、环境科学、振动测量技术中可以广泛地用作具有高输出阻抗的传感器的输出电路。

Description

本发明涉及具有高输入阻抗、低输出阻抗的交流电压放大器，它由两只运算放大器或差分放大器、两只双极晶体管、两只稳压二极管、若干电阻器和若干电容器组成。

本发明提供一种新型交流电压放大器，它不需要单独供给电源的接线端，它只有三个接线端即信号输入端、信号输出端和公共端，从而与外电路的连接线数目减少到最低限度。

迄今，用运算放大器构成的交流电压放大器需要单独的供给电源的接线端。图1、图2和图3是已有的用运算放大器构成的电压放大器的典型电路。图1所示的交流电压放大器需要单独的正电源接线端和负电源接线端，连同信号输入端、信号输出端和公共端，一共有五个接线端。图2所示的交流电压放大器具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，它也需要单独的正电源接线端和负电源接线端，连同信号输入端、信号输出端和公共端，一共有五个接线端。图3所示的交流电压放大器也具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，它需要单独的正电源接线端，连同信号输入端、信号输出端和公共端，一共有四个接线端。

图1所示的交流电压放大器和图2、图3所示的具有很高输入阻抗、很低输出阻抗的交流电压放大器常用作压电加速度的传感器、压电式压力传感器这类具有很高输出阻抗的传感器的输出电路，将传感器测量的信号传送给输入阻抗较低的二次仪表。传感器与交流电压放大器之间用同轴电缆连接、交流电压放大器与二次仪表之间需要四根或者三根连接线。为了减少传感器与二次仪表之间的连接线的影响，常常把交流电压放大器与传感器安装在同一个壳体中成为带交流电压放大器的传感器。这种带交流电压放大器的传感器具有很高的灵敏度，它与二次仪表之间需要四根或三根联接线，不能用同轴电缆连接，连接线长度不能过长。在多点测量时，减少传感器与二次仪表之间的连接线的数量是很有意义的。在实际使用时还希望允许连接线很长。

本发明专利申请的发明人在专利号为90103534.3的发明专利中提供一种具有高输入阻抗、低输出阻抗的交流阻抗变换器，如图4所示，它由一只运算放大器、一只双极晶体管或场效应管、一只稳压二极管、若干电阻器和电容器组成，它只有三个接线端即信号输入端、信号输出端和公共端，不需要单独供给电源的接线端，而且允许连接线很长。可是这种交流阻抗变换器对输入信号没有放大作用，它的放大倍数接近于但小于1。

本发明的目的是提供一种交流电压放大器，它用运算放大器或差动放大器和若干双极晶体管、若干稳压二极管、若干电阻器和若干电容器构成，它不需要单独的供给电源的接线端，它只有三个接线端即信号输入端、信号输出端和公共端，它具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，和专利号为90103534.3的发明专利所提供的交流阻抗变换器不同的是它对输入信号具有放大作用。本发明所提供的交流电压放大器与传感器之间用同轴电缆连接，它与二次仪表之间只需要两根连接线，因此可以用同轴电缆连 接，并且如本说明书在后面将要指出的，它允许连接线很长。用本发明提供的交流电压放大器和前述的具有高输出阻抗的传感器装在同一个壳体中或装在传感器的壳体中成为一个整体。这种带交流电压放大器的传感器具有很高的灵敏度，它只有信号输出端和公共端，它与二次仪表之间只有两根连接线，因而可以使用同轴电缆连接，并且允许这种带交流电压放大器的传感器与二次仪表之间的连接线很长。

图1、图2、图3是已有的用运算放大器构成的交流电压放大器的电路图。

图4是本发明人在专利号为90103534.3的发明专利中提供的不需要单独供给电源的交流阻抗变换器的一个实施例。

图5是本发明提供的交流电压放大器的一个实施例。

图6是本发明提供的交流电压放大器的另一个实施例。

图7是本发明提供的交流电压放大器的第三个实施例。

图8是本发明提供的交流电压放大器的第四个实施例。

图9是本发明提供的交流电压放大器的第五个实施例。

图10是应用本发明提供的交流电压放大器的一个实施例。

本发明提供的如图5所示的交流电压放大器100由两只运算放大器或者差分放大器A₁和A₂，两只双极晶体管T₁和T₂，两只稳压二极管D₁和D₂，五只电阻器R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和两只电容器C₁、C₂组成，其特征是：运算放大器或差分放大器A₁的输出端3接到它的反相输入端1以及运算放大器A₂的同相输入端7;运算放大器A₂的输出端8与它的反相输入端6之间用电阻器R₄连接，运算放大器A₂的输出端8又接到双极晶体管T₁的基极12;双极晶体管T₁的发射极11与运算放大器A₂的正电源输入端9之间用稳压二极管D₁连接，稳压二极管D₁的阳极接双极晶体管的发射极11、它的阴极接运算放大器的正电源端9;双极晶体管T₁的集电极13接到运算放大器A₂的负电源输入端10，双极晶体管T₁的发射极11又与双极晶体管T₂的基极15之间用电阻器R₅连接;双极晶体管T₂的发射极14接到运算放大器A₂的正电源输入端9，双极晶体管T₂的集电极16与运算放大器A₂的负电源端10之间用稳压二极管D₂连接，稳压二极管D₂的阳极接运算放大器A₂的负电源端10、它的阴极接双极晶体管T₂的集电极16;运算放大器A₁的正电源端4与运算放大器A₂的正电源端9连接，运算放大器A₁的负电源端5与运算放大器A₂的负电源端10连接;双极晶体管T₂的集电极16与运算放大器A₁的同相输入端2之间用电阻器R₁和电阻器R₂连接、与运算放大器A₂的反相输入端6之间则用电阻器R₃连接，运算放大器A₁的输出端3与接点17之间则用电容器C₂连接，交流电压放大器100的信号输入端a与运算放大器A₁的同相输入端2之间则用电容器C₁连接，运算放大器A₂的正电源端9接到交流电压放大器100的信号输出端b，运算放大器A₂的负电源端10接交流电压放大器的公共端c。

图6是本发明提供的交流电压放大器的另一个实施例。在这个实施例中运算放大器A₁的输出端3通过电阻R₃接到运算放大器A₂的反相输入端6，运算放大器A₂的同相输入端7则接到双极晶体管T₂的集电极16。

图7是本发明提供的交流电压放大器的第三个实施例。在这个实施例中，运算放大器A₁的同相输入端2接到运算放大器A₂的同相输入端7，运算放大器A₂的反相输入端6经过电阻器R₃接到双极晶体管T₂的集电极16。

图8是本发明省去运算放大器A₁的实施例，与图5、6、7所提供的电路相比，它的输入阻抗较低。

图5所示实施例的交流电压放大器的放大倍数为K＝1+R₄/R₃。图6所示实例的交流电压放大器的放大倍数为K＝-R₄/R₃。图7所示实例的交流电压放大器的放大倍数为K＝1+R₄/R₃。图8所示实例的交流电压放大器的放大倍数为K＝1+R₄/R₃。只须改变比值R₄/R₃，便可以得到所需的放大倍数。

图9是省去运算放大器A₂的电路，和本发明人在专利号为90103534.3为发明专利中提供的新型阻抗变换器相比，图9的阻抗变换器的直流工作点较稳定。图9所示电路的放大倍数小于但接近于1。

图10给出应用本发明提供的交流电压放大器的一个实例。具有高输出阻抗的压电加速度传感器或压电式压力传感器200和本发明提供的交流电压放大器100安装在一个壳体中成为带交流电压放大器的传感器300。传感器200的两个输出端分别接到交流电压放大器100的输入端a和公共端c，带交流电压放大器的传感器300只有两个接线端即信号输出端b和公共端c（它们同时是交流电压放大器100的信号输出端和公共端）用同轴电缆400分别接到二仪表500中的恒流源L的19端和输入阻抗较低的交流电压放大器A的公共端21，恒流源L的19端与输入阻抗较低的交流电压放大器A的输入端20之间用电容器C₃连接，恒流源L的18端接电压源E。

由于本发明提供的交流电压放大器的输出信号是从运算放大器或差分放大器的电源输入端引出，而运算放大器或差动放大器的电源输入端与双极晶体管的发射极连接，因此本发明提供的交流电压放大器具有很低的输出阻抗。

由于本发明提供的交流电压放大器中进入运算放大器电源端的是恒流源所提供的恒定电流，这个恒定电流不受交流电压放大器输出端与二次仪表中恒流源之间连接线的电阻的影响，因此允许连接线的长度很长。

和已有的、用运算放大器构成的交流电压放大器相比，本发明提供的交流电压放大器的优点是它不需要单独的供给电源的连接线，它只有三个接线端即信号输入端、信号输出端和公共端，从而把它与外部电路之间的连接线数目减少到最低限度，本发明提供的交流电压放大器的另一个优点是它的输出端b的直流电位不受电压源E变化的影响并且交流电压放大器的输出信号也不受电压源E变化的影响，本发明提供的交流电压放大器的优点还在于允许它与二次仪表之间的引线很长。

本发明提供的交流电压放大器在仪器仪表、陆地和海上地震勘探、环境科学、振动测量技术中可以广泛用作具有高输出阻抗的传感器如压电加速度传感器、压电式压力传感器、电容传感器的输出电路。

Claims (4)

1、由二只运算放大器或者差分放大器A₁和A₂、两只双极晶体管T₁和T₂、两只稳压二极管D₁和D₂，若干电阻器和若干电容器组成的交流电压放大器，运算放大器A₁接成放大倍数小于但接近于1的交流阻抗变换器电路，运算放大器A₂接成电压放大器电路，由A₁组成的阻抗变换器和由A₂组成的电压放大器接成串联或者把输入信号同时加在由A₁组成的阻抗变换器和由A₂组成的电压放大器，其特征是接成电压放大器电路的运算放大器或差分放大器A₂的输出信号经过双极晶体管T₁和稳压二极管D₁接到所述运算放大器A₂的正电源端，稳压二极管D₁的阳极接到双极晶体管T₁的发射极，稳压二极管D₁的阴极接到所述运算放大器或差动放大器A₂的正电源端，双极晶体管T₁的发射极经过一只电阻器R₅接到另一只双极晶体管T₂的基极，双极晶体管T₂的发射极接到运算放大器A₂的正电源端，双极晶体管T₂的集电极与运算放大器A₂的负电源端之间用另一只稳压二极管D₂连接，稳压二极管D₂的阴极接双极晶体管T₂的集电极，稳压二极管D₂的阳极接运算放大器A₂的负电源输入端，双极晶体管T₂的集电极的电位作为运算放大器A₁和A₂的偏置电压。

2、根据权利要求1所述的交流电压放大器其特征是它的输出信号从组成电路的运算放大器的电源端引出。

3、根据权利要求1所述的交流电压放大器其特征是它只有信号输入端、信号输出端和公共端，它没有单独的供给电源的接线端。

4、根据权利要求1所述的交流电压放大器其特征还包括接成电压放大器的运算放大器或差分放大器的输出信号经过适当偏置的双极晶体管或场效应晶体管并由该双极晶体管发射极或场效应晶体管的源极接到所述的运算放大器或差分放大器的电源端。

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