CN102645953B - 一种电压放大特性镜像对称电路及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压放大特性镜像对称电路及其设计方法，原电路和与原电路关于原点对称的镜像对称电路；原电路和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容和电阻；所述镜像对称电路的电路结构连接形式与原电路一致，镜像对称电路中的半导体三极管类型与原电路中的半导体三极管类型相反；镜像对称电路中电阻的阻值、功率和接法与原电路一致；镜像对称电路中电容的容量和耐压值与原电路一致，非极性电容接法不变，极性电容调换端子连接。本发明方法简单、快速、高质量，便于设计者非常容易、迅速地设计出与原电路特性一致，又关于原点高度对称的电路，从而高质量地完成设计工作，并能降低设计成本，提高设计效率，有效地减轻设计者的劳动强度。

Description

一种电压放大特性镜像对称电路及其设计方法

技术领域

 本发明涉及一种半导体放大电路及其设计方法，尤其是涉及一种应用于半导体三极管放大电路电压放大特性关于原点或任意轴镜像对称的电路及其设计方法。

背景技术

在可逆直流调速自动控制系统、机器人、焊接机械手和IC（集成块）组件等电路设计中，常常要求设计电压放大特性关于原点高度对称的电路，由于要求关于原点高度对称，就给设计者提出了较高的要求，往往设计者要花大量的精力去设计和测试电路，经过多次反复试验，才可能成功，大量耗费了设计者的精力，降低了工作效率，也提高了设计成本，还存在不成功的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种电压放大特性镜像对称电路及其设计方法，该电路及其设计方法简单、快速、高质量，便于设计者非常容易、迅速地设计出与原电路特性一致，又关于原点高度对称的电路，从而高质量地完成设计工作，并能降低设计成本，提高设计效率，有效地减轻设计者的劳动强度。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种电压放大特性镜像对称电路的技术实现方案，一种电压放大特性镜像对称电路，包括：原电路和与原电路关于原点对称的镜像对称电路。原电路和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容和电阻，镜像对称电路的电路结构连接形式与原电路一致。镜像对称电路中的半导体三极管类型与原电路中的半导体三极管类型相反。镜像对称电路中电阻的阻值、功率和接法与原电路一致。镜像对称电路中电容的容量和耐压值与原电路一致，非极性电容接法不变，极性电容调换端子连接。

作为本发明一种电压放大特性镜像对称电路技术方案的进一步改进，原电路和镜像对称电路还均进一步包括线圈、变压器和二极管。镜像对称电路中线圈的参数与原电路一致，接法不变。镜像对称电路中变压器的参数与原电路一致，接法不变。镜像对称电路中二极管的参数与原电路一致，调换端子连接。

作为本发明一种电压放大特性镜像对称电路技术方案的进一步改进，镜像对称电路中的半导体三极管与原电路中的半导体三极管半导体材料相同，但类型相反。

本发明还具体提供了另一种电压放大特性镜像对称电路的技术实现方案，包括：原电路和与原电路关于x轴对称的镜像对称电路。原电路和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管。镜像对称电路在原电路的基础上，在输出端连接一个反相器，在原电路的输出端连接一个同步器。

本发明还具体提供了另一种电压放大特性镜像对称电路的技术实现方案，包括：原电路和与原电路关于y轴对称的镜像对称电路。原电路和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管。镜像对称电路在原电路的基础上，在输入端连接一个反相器，在原电路的输入端连接一个同步器。

作为本发明一种电压放大特性镜像对称电路技术方案的进一步改进，同步器包括半导体三极管、电容和电阻，同步器中半导体三极管的类型与原电路中半导体三极管的类型相同。输入信号Vin3通过电容C31连接半导体三极管Q31的基极，半导体三极管Q31的集电极通过电阻R34连接电源端，半导体三极管Q31的发射极通过电阻R35和电容C33的并联电路连接地，电阻R31连接在半导体三极管Q31的基极与电源端之间，电阻R32和可变电阻VR33连接在半导体三极管Q31的基极与地之间，半导体三极管Q31的发射极连接输出信号端Vout3。

本发明还另外具体提供了一种电压放大特性镜像对称电路的设计方法，一种电压放大特性镜像对称电路设计方法，包括以下步骤：

S100：原电路和与原电路关于原点对称的镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管，按照所述原电路一致的电路结构连接形式设计镜像对称电路；

S101：按照与原电路的半导体三极管相反的类型选择镜像对称电路的半导体三极管类型；

S102：按照与原电路中电阻一致的阻值、功率选择镜像对称电路的电阻，并采用和原电路一致的电阻接法；

S103：按照与原电路中电容一致的容量和耐压值选择镜像对称电路的电容，非极性电容的连接采用和原电路一致的接法，极性电容采用和原电路相反的接法，调换端子进行连接；

S104：按照与原电路中线圈一致的参数选择镜像对称电路的线圈，并采用和原电路一致的线圈接法；

S105：按照与原电路中变压器一致的参数选择镜像对称电路的变压器，并采用和原电路一致的变压器接法；

S106：按照与原电路中二极管一致的参数选择镜像对称电路的二极管，二极管采用和原电路相反的接法，调换端子进行连接。

作为本发明一种电压放大特性镜像对称电路设计方法技术方案的进一步改进，镜像对称电路中的半导体三极管采用与原电路中半导体三极管相同的半导体材料，但类型相反的半导体三极管。

本发明还具体提供了另一种电压放大特性镜像对称电路的设计方法，一种电压放大特性镜像对称电路设计方法，包括以下步骤：

S200：在原电路的输出端增加一个反相器，形成与原电路关于x轴对称的镜像对称电路；

S201：在原电路的输出端增加一个同步器，形成新的原电路。

本发明还具体提供了另一种电压放大特性镜像对称电路的设计方法，一种电压放大特性镜像对称电路设计方法，包括以下步骤：

S300：在原电路的输入端增加一个反相器，形成与原电路关于y轴对称的镜像对称电路；

S201：在原电路的输入端增加一个同步器，形成新的原电路。

通过实施上述本发明一种电压放大特性镜像对称电路及其设计方法的技术方案，具有以下技术效果：

本发明所描述的电压放大特性关于原点或任意（x、y）轴镜像对称电路及其设计方法，便于设计者非常容易、快速地设计出与原电路特性一致，又关于原点高度对称或任意（x、y）轴镜像对称的电路，从而高质量地完成设计工作，并能降低设计成本，提高设计效率，有效地减轻设计者的劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是半导体三极管放大电路的原始电路原理图；

图2是本发明电压放大特性镜像对称电路一种具体实施方式的电路原理图；

图3是半导体三极管放大电路原电路与本发明电压放大特性镜像对称电路关于原点对称的电压放大特性图；

图4是本发明电压放大特性镜像对称电路一种具体实施方式关于X轴镜像对称的原电路+同步器电路原理图；

图5是本发明电压放大特性镜像对称电路一种具体实施方式关于X轴镜像对称的原电路+反相器电路原理图；

图6是半导体三极管放大电路原始电路与本发明电压放大特性镜像对称电路关于X轴镜像对称的电压放大特性图；

图7是本发明电压放大特性镜像对称电路一种具体实施方式关于Y轴镜像对称的同步器+原电路电路原理图；

图8是本发明电压放大特性镜像对称电路一种具体实施方式关于Y轴镜像对称的反相器+原电路电路原理图；

图9是半导体三极管放大电路原始电路与本发明电压放大特性镜像对称电路关于Y轴镜像原点对称的电压放大特性图；

图10是本发明电压放大特性镜像对称电路一种具体实施方式中同步器的电路原理图；

图中：1-原电路，2-同步器，3-反相器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图10所示，给出了本发明一种电压放大特性镜像对称电路及其设计方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明具体实施方式以一种最为常用的电压放大电路-半导体三极管放大电路作为原电路为例进行详细说明。如附图1所示的半导体三极管放大电路包括：若干半导体三极管、电容和电阻。其中，输入信号Vin1通过电容C11连接半导体三极管Q11的基极，半导体三极管Q11的集电极通过电阻R14连接电源端，半导体三极管Q11的发射极通过电阻R15和电容C13的并联电路连接地，半导体三极管Q11的集电极同时通过电容C12与半导体三极管Q12的基极相连，电阻R11连接在半导体三极管Q11的基极与电源端之间，电阻R12和可变电阻VR13连接在半导体三极管Q11的基极与地之间；半导体三极管Q12的集电极通过电阻R16连接电源端，半导体三极管Q12的发射极通过电阻R17和电容C14的并联电路连接地，输出信号通过半导体三极管Q12的集电极连接输出信号端Vout1。

如附图2所示为与原电路1关于原点对称的镜像对称电路。由于要求设计电路的电压放大特性与原电路的电压放大特性关于原点高度对称，即输出反向电压。所以，要使电路电源的极性反向，但幅值不变。为使半导体三极管仍然工作在放大状态，保证其发射结正向偏置，集电结反向偏置，就要改变原电路三极管的类型，即原来如果是NPN型的，就改成PNP型的，原来若是PNP型的，就改成NPN型的。最好在同材料内改变，如锗管与锗管，硅管与硅管（即3AX81与3BX81，3CG与3DG之间改变），以保证电压特性高度对称性。

原电路1和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容和电阻。如附图2所示的镜像对称电路的电路结构连接形式与原电路1一致。而镜像对称电路中的半导体三极管类型与原电路1中的半导体三极管类型相反，如附图2中的半导体三极管Q21和Q22；镜像对称电路中电阻的阻值、功率和接法与原电路1一致，如附图2中的电阻R21、R22、VR23、R24、R25、R26和R27；镜像对称电路中电容的容量和耐压值与原电路1一致，非极性电容接法不变，极性电容调换端子连接，如附图2中的电容C21、电容C22、电容C23和电容C24。作为电压放大电路的原电路1和镜像对称电路还可能进一步包括线圈、变压器和二极管；镜像对称电路中线圈的参数与原电路1一致，接法不变；镜像对称电路中变压器的参数与原电路1一致，接法不变；镜像对称电路中二极管（包括稳压二极管在内）的参数与原电路1一致，调换端子连接。

作为一种较佳的实施方式，镜像对称电路中的半导体三极管采用与原电路1中的半导体三极管半导体材料相同，但类型相反的半导体三极管。半导体三极管放大电路原始电路与本发明电压放大特性镜像对称电路关于原点对称的电压放大特性图如附图3所示。

本发明运用半导体三极管放大电路原理，在原电路基础上简单、快速、精确地设计出电压放大特性关于原点或任意（x、y）轴镜像对称电路的方法。采用此方法设计出电路的电压放大特性与原电路的电压放大特性，惊人的一致，而且可以根据需要，使特性处在不同的象限，具有特定的功能，满足可逆直流调速自动控制系统的需要。本发明大量应用于直流电力机车牵引和城市轨道交通装备控制电路的设计中。此外，还应用于IC（集成块）组件的设计中，也应用于有可逆直流调速要求的调速系统控制电路的设计中，例如：钢铁厂的冷、热扎（钢）机，以及工业机器人关节直流伺服系统中电流反馈器的IC中、焊接机械手中电流反馈器的IC中等。

如附图4和附图5所示，一种电压放大特性镜像对称电路，包括：原电路1和与原电路1关于x轴对称的镜像对称电路；原电路1和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管，镜像对称电路在原电路1的基础上，在输出端连接一个反相器3；在原电路1的输出端连接一个同步器2。如附图6所示是半导体三极管放大电路原始电路与本发明电压放大特性镜像对称电路关于X轴镜像对称的电压放大特性图。

如附图7或附图8所示，一种电压放大特性镜像对称电路，包括：原电路1和与原电路1关于y轴对称的镜像对称电路；原电路1和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管，镜像对称电路在原电路1的基础上，在输入端连接一个反相器3；在所述原电路的输入端连接一个同步器2。如附图9所示是半导体三极管放大电路原始电路与本发明电压放大特性镜像对称电路关于Y轴镜像原点对称的电压放大特性图。

其中，上述与原电路1关于x轴对称的镜像对称电路和与原电路1关于y轴对称的镜像对称电路中的同步器2的结构如附图10所示。同步器2包括半导体三极管、电容和电阻，所述同步器2中半导体三极管的类型与原电路1中半导体三极管的类型相同；输入信号Vin3通过电容C31连接半导体三极管Q31的基极，半导体三极管Q31的集电极通过电阻R34连接电源端，半导体三极管Q31的发射极通过电阻R35和电容C33的并联电路连接地，电阻R31连接在半导体三极管Q31的基极与电源端之间，电阻R32和可变电阻VR33连接在半导体三极管Q31的基极与地之间，半导体三极管Q31的发射极连接输出信号端Vout3。同步器2实际上是一个同相器，是为了使原电路与镜像电路，在响应速度上保持相同而加入的。

一种电压放大特性镜像对称电路设计方法的具体实施方式，包括以下步骤：

S100：原电路1和与原电路1关于原点对称的镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管，按照所述原电路1一致的电路结构连接形式设计镜像对称电路；

S101：按照与原电路1的半导体三极管相反的类型选择镜像对称电路的半导体三极管类型；

S102：按照与原电路1中电阻一致的阻值、功率选择镜像对称电路的电阻，并采用和原电路1一致的电阻接法；

S103：按照与原电路1中电容一致的容量和耐压值选择镜像对称电路的电容，非极性电容的连接采用和原电路1一致的接法，极性电容采用和原电路1相反的接法，调换端子进行连接；

S104：按照与原电路1中线圈一致的参数选择镜像对称电路的线圈，并采用和原电路1一致的线圈接法；

S105：按照与原电路1中变压器一致的参数选择镜像对称电路的变压器，并采用和原电路1一致的变压器接法；

S106：按照与原电路1中二极管一致的参数选择镜像对称电路的二极管，二极管采用和原电路1相反的接法，调换端子进行连接。包括稳压二极管的参数不变，调换端子进行连接。

镜像对称电路中的半导体三极管与原电路1中的半导体三极管类型变化进一步在相同的半导体材料基础上进行。

电压放大特性镜像对称电路设计方法的另一种具体实施方式，形成与原电路1关于x轴对称的镜像对称电路，包括以下步骤：

S200：在原电路1的输出端增加一个反相器3，形成与原电路1关于x轴对称的镜像对称电路；

S201：在原电路1的输出端增加一个同步器2，形成新的原电路。

电压放大特性镜像对称电路设计方法的第三种具体实施方式，形成与原电路1关于y轴对称的镜像对称电路，包括以下步骤：

S300：在原电路1的输入端增加一个反相器3，形成与原电路1关于y轴对称的镜像对称电路；

S201：在原电路1的输入端增加一个同步器2，形成新的原电路。

同步器2的基本工作过程是：输入信号通过电容C31连接半导体三极管Q31的基极，半导体三极管Q31的集电极通过电阻R34连接电源端，半导体三极管Q31的发射极通过电阻R35和电容C33的并联电路连接地，电阻R31连接在半导体三极管Q31的基极与电源端之间，电阻R32和可变电阻VR33连接在半导体三极管Q31的基极与地之间，输出信号端连接半导体三极管Q31的发射极。

这种电压放大特性关于原点或任意（x、y）轴镜像对称电路的快速设计方法，简单、快速、高质量，便于设计者非常容易、迅速地设计出与原电路特性一致，但处于不同象限的电路，即关于原点高度对称或任意（x、y）轴镜像对称的电路，以满足某种特定要求。从而高质量地完成设计工作，并能降低设计成本，提高设计效率，有效地减轻设计者的劳动强度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种电压放大特性镜像对称电路，其特征在于，包括：原电路（1）和与原电路（1）关于原点对称的镜像对称电路；原电路（1）和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容和电阻；所述镜像对称电路的电路结构连接形式与原电路（1）一致，镜像对称电路中的半导体三极管类型与原电路（1）中的半导体三极管类型相反；镜像对称电路中电阻的阻值、功率和接法与原电路（1）一致；镜像对称电路中电容的容量和耐压值与原电路（1）一致，非极性电容接法不变，极性电容调换端子连接。

2.根据权利要求1所述的一种电压放大特性镜像对称电路，其特征在于：所述原电路（1）和镜像对称电路还均进一步包括线圈、变压器和二极管；所述镜像对称电路中线圈的参数与原电路（1）一致，接法不变；镜像对称电路中变压器的参数与原电路（1）一致，接法不变；镜像对称电路中二极管的参数与原电路（1）一致，调换端子连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种电压放大特性镜像对称电路，其特征在于：所述镜像对称电路中的半导体三极管的半导体材料与原电路（1）中的半导体三极管半导体材料相同。

4.一种电压放大特性镜像对称电路，其特征在于，包括：原电路（1）和与原电路（1）关于x轴对称的镜像对称电路；原电路（1）和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管，所述镜像对称电路在原电路（1）的基础上，在输出端连接一个反相器（3）；在所述原电路（1）的输出端连接一个同步器（2）。

5.一种电压放大特性镜像对称电路，其特征在于，包括：原电路（1）和与原电路（1）关于y轴对称的镜像对称电路；原电路（1）和镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管，所述镜像对称电路在原电路（1）的基础上，在输入端连接一个反相器（3）；在所述原电路的输入端连接一个同步器（2）。

6.根据权利要求4或5所述的一种电压放大特性镜像对称电路，其特征在于：所述同步器（2）包括半导体三极管、电容和电阻，所述同步器（2）中半导体三极管的类型与原电路（1）中半导体三极管的类型相同；输入信号Vin3通过电容C31连接半导体三极管Q31的基极，半导体三极管Q31的集电极通过电阻R34连接电源端，半导体三极管Q31的发射极通过电阻R35和电容C33的并联电路连接地，电阻R31连接在半导体三极管Q31的基极与电源端之间，电阻R32和可变电阻VR33连接在半导体三极管Q31的基极与地之间，半导体三极管Q31的发射极连接输出信号端Vout3。

7.一种电压放大特性镜像对称电路设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：原电路（1）和与原电路（1）关于原点对称的镜像对称电路均包括半导体三极管、电容、电阻、线圈、变压器和二极管，按照所述原电路（1）一致的电路结构连接形式设计镜像对称电路；

S101：按照与原电路（1）的半导体三极管相反的类型选择镜像对称电路的半导体三极管类型；

S102：按照与原电路（1）中电阻一致的阻值、功率选择镜像对称电路的电阻，并采用和原电路（1）一致的电阻接法；

S103：按照与原电路（1）中电容一致的容量和耐压值选择镜像对称电路的电容，非极性电容的连接采用和原电路（1）一致的接法，极性电容采用和原电路（1）相反的接法，调换端子进行连接；

S104：按照与原电路（1）中线圈一致的参数选择镜像对称电路的线圈，并采用和原电路（1）一致的线圈接法；

S105：按照与原电路（1）中变压器一致的参数选择镜像对称电路的变压器，并采用和原电路（1）一致的变压器接法；

S106：按照与原电路（1）中二极管一致的参数选择镜像对称电路的二极管，二极管采用和原电路（1）相反的接法，调换端子进行连接。

8、根据权利要求7所述的一种电压放大特性镜像对称电路设计方法，其特征在于：所述镜像对称电路中的半导体三极管采用与原电路（1）中半导体三极管相同的半导体材料。

9、一种电压放大特性镜像对称电路设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S200：在原电路（1）的输出端增加一个反相器（3），形成与原电路（1）关于x轴对称的镜像对称电路；

S201：在原电路（1）的输出端增加一个同步器（2），形成新的原电路。

10、一种电压放大特性镜像对称电路设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S300：在原电路（1）的输入端增加一个反相器（3），形成与原电路（1）关于y轴对称的镜像对称电路；

S201：在原电路（1）的输入端增加一个同步器（2），形成新的原电路。

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