CN1036750C - 直流施加电路 - Google Patents

Abstract

将电流反射镜电路或电压调节器与变压器或扼流圈的初级线圈相耦合。由晶体管组成的电流反射镜电路或电压调节器被由电容器与其他元件组成的旁路电路交替地旁路。通过使直流电流以彼此相反的方向流过变压器的初级线圈或扼流圈，在变压器或扼流圈的铁心或磁轭内的直流磁化被消除。或者通过限定通过变压器的初级线圈或扼流圈的直流电流，铁心或磁轭内的直流磁化被显著的抑制。不需要在磁电路中提供磁隙，能确保包括变压器的整个电路结构尺寸的减小，改善了其特性。

Description

直流施加电路

本发明涉及一用于在各种传输电路中向一变压器或一扼流圈提供一直流电流的直流施加电路。

为了从含有直流分量和交流分量的信号中提取交流分量，迄今所采用的方法是利用变压器，例如，如图14所示。在该图中，一扼流圈L₁通过一隔直流电容C₁与变压器T₁的输入侧并联连接，Z为负荷阻抗，因此，当该电路接收到直流/交流叠加的信号时，只有交流分量被提供给变压器T₁，然而，这种结构存在扼流圈往往尺寸大从而导致整个电路尺寸的增大或采用扼流圈L₁可能导致元件成本提高的问题。

为了解决这些问题，所使用的变压器可以由一直流施加变压器T₂制成，例如，如图15所示。该直流施加型变压器T₂在其磁路中包含有一大的磁隙，以消除直流磁化的影响，从而允许应用直流分量。

不利的是，如图15所示的结构由于包含用于消除直流磁化影响的空隙而需要有一增大的外部尺寸。例如，变压器T₂初级侧和次级侧的线圈匝数均为1600匝，铁心的尺寸为35mm(所谓的EI-35)。使用这样大尺寸的变压器T₂将会导致如图16中所示的(其中输入＝0dB)在100Hz低达3dB的衰减值。

本发明想要克服上述问题，因此本发明的一个目的为能够向变压器或扼流圈的线圈提供一直流电流而不必增大电路结构的尺寸。并改善其特性。

为实现该目的，本发明的用于向一线圈提供一直流电流的电路包括有该用于接收一由互相叠加的直流分量和交流分量组成的直流/交流叠加信号的线圈，及一用于防止由流过的直流分量在该线圈的磁部件内引起的直流磁化的直流磁化防止电路。

在本发明中，由提供给该线圈的直流/交流叠加信号中的直流分量所引起的直流磁化被该直流磁化防止电路减小或消除，这样，就不需要提供一磁隙以补偿直流磁化的影响，从而不会导致外部尺寸的增大和特性的衰减。另外，关于特性的评定，其特性不会随输入直流/交流叠加信号或仅输入交流分量而有大的变化。这样就易于进行评定和检测。本发明可广泛地用于常规的传输电路。

本发明的直流磁化防止电路的第一结构的特征在于，为了输入直流/交流叠加信号，限定了通过线圈的直流分量的电流的方向，以使该直流分量流向带有由位于线圈上的中心抽头确定的一边界的相反方向。在采用第一结构作为直流磁化防止电路的情况下。该直流分量从由中心抽头确定的边界以相反的方向流过线圈，从而由直流分量引起的磁化的影响能够互相抵消，实现了对磁部件内的直流磁化的更好的防止。

该结构可通过一电流反射镜电路及一旁路电路实现，该电流反射镜电路有一与线圈一端相连的二极管侧电路及一与线圈另一端相连的晶体管侧电路，该旁路电路用于将给线圈的各种输入中的交流分量旁路至该电流反射镜电路以外，以使只有直流分量输入该电流反射镜电路。这样实现的结构允许供给该线圈的直流/交流叠加信号中的直流分量被输入该电流反射镜电路。经过该旁路电路，该交流分量通过该线圈的一部分被旁路至该电流反射镜电路以外。因此，流过交流分量的该线圈的一部分对变压器或扼流圈起到其原有作用，该直流分量自该线圈的中心抽头分离进入两个方向(进入该电流反射镜电路的二极管侧电路及晶体管侧电路)，结果直流分量引起的磁化的影响被相互抵消。

该直流磁化防止电路的第二结构的特征在于，其将几乎所有的被输入该线圈的直流分量旁路，因此将流过该线圈的直流分量减少到被忽略不计的程度。具有这样的结构，几乎所有的被输入该线圈的直流分量通过该直流磁化防止电路被旁路至该线圈以外。因此，流过该线圈的直流分量被减少到可以忽略不计的程度，并因此只发生很小或不会发生直流磁化。这样即使线圈上不带有中心抽头，也能实现与第一结构同样的直流磁化防止功能。

这种结构通过一电流反射镜电路、一并联电路及一旁路电路实现。该电流反射镜电路有一与该线圈的一端相连的二极管侧电路和一与该线圈的另一端相连的晶体管侧电路，该并联电路用于将输入电流分成两部分并把其中的一部分提供给电流反射镜电路的二极管侧电路，把另一部分提供给电流反射镜电路的晶体管侧电路以使流向电流反射镜电路的该二极管侧电路的直流电流较之流向晶体管侧电路的直流电流在数值上足够地小，该旁路电路用于对该电流反射镜电路的二极管侧电路交替地旁路。

输入该线圈的该直流/交流叠加信号中的该直流分量通过该并联电路被分开流入到该电流反射镜电路的二极管侧电路和晶体管侧电路，在那时，该并联电路控制或调节该直流电流的流量，以使流入电流反射镜电路的该二极管侧电路的直流电流较之流入该晶体管侧电路的直流电流在数值上足够地小。因此，流入电流反射镜电路的该二极管侧电路并因此流入与其相连的线圈的直流分量变得很微小。该旁路电路用于对该二极管侧电路进行旁路以获得一交流电流。这样将使得从输入侧显出的特性符合该线圈的特性。此外，该并联电路可通过电阻器实现，并且这些电阻器的阻值的合理设置将确保上述功能的更好实现。即，该并联电路包括与电流反射镜电路的该二极管侧电路相连的电阻器和一与该晶体管侧电路相连的电阻器，并且与该二极管侧电路相连的电阻器的阻值与可以忽略的该晶体管侧电路相连的电阻器阻值相比足够地大。

另外，本发明的直流磁化防止电路的第二结构的特征在于，有一与该线圈并联连接的晶体管，一与该线圈串联连接用于对该晶体管进行偏压的偏压电路，及一用于对流经该线圈的交流分量进行旁路以使交流电流不会流过该偏压电路的旁路电路。输入该线圈的直流/交流叠加信号被加到该晶体管的一侧及该线圈的另一侧上。与该线圈串联连接的该偏压电路被该旁路电路交替地旁路以使该晶体管的交流阻抗具有一较大的值。而且，通过该线圈流入该偏压电路的直流分量的值形成了由该晶体管的电流放大系数所确定的值，并因而形成一与流入该晶体管的直流分量的值相比足够小的值。这样，在这个结构中，流入该线圈的直流分量变得十分微小。进而，采用达林顿连接制成的晶体管将确保电路具有一更大的电流驱动能力。

该偏压电路可采用一旁漏偏压电路的结构，该旁漏偏压电路由多个串联的电阻器组成，用于从这些电阻的一连接提供一偏压电压，这样将使该晶体管偏压电路充当电压调节器的角色，确保调节作用。进而，通过采用该旁路电路的电容器和该旁漏偏压电路的电阻器构成低通滤波器，进入该晶体管的交流分量的泄漏可被减少。该低通滤波器的使用可允许省去一些电阻器并减少产生的热量。

本发明的特征在于，其中该线圈是该变压器或一扼流圈的初级线圈。这意味着本发明不仅适用于该线圈是该变压器的初级线圈的情况，而且也适用于该线圈是扼流圈的情况。因此，本发明具有非常广泛的应用范围。

图1为表示根据本发明的第一个实施例的电路结构的电路图；

图2为表示该实施例的特性的示意图；

图3为表示根据本发明的第二个实施例的电路结构的电路图；

图4为表示根据本发明的第三个实施例的电路结构的电路图；

图5为表示根据本发明的第四个实施例的电路结构的电路图；

图6为表示根据本发明的第五个实施例的电路结构的电路图；

图7为表示根据本发明的第六个实施例的电路结构的电路图；

图8为表示根据本发明的第七个实施例的电路结构的电路图；

图9为表示根据本发明的第八个实施例的电路结构的电路图；

图10为表示根据本发明的第九个实施例的电路结构的电路图；

图11为表示根据本发明的第十个实施例的电路结构的电路图；

图12为表示根据本发明的第十一个实施例的电路结构的电路图；

图13为表示根据本发明的第十二个实施例的电路结构的电路图；

图14为表示根据第一个现有技术实施例的电路结构的电路图；

图15为表示根据第二个现有技术实施例的电路结构的电路图；及

图16为表示该现有技术实例的特性的示意图。

在这些图中，T₃和T₄表示变压器，晶体管用C₂至C₄表示用Q₁和Q₂表示电容器，L₂和L₃表示扼流圈，Z表示负荷阻抗。需要说明的是在这些图中相同的元件用相同的参考数字表示。

现在将参照相关的附图描述本发明的一个优选实施例。

首先参照附图1，示出了根据本发明的第一个实施例的电路的结构。在所示的电路中，采用一带有一附加初级线圈通道的变压器T₃。一直流/交流叠加信号被作为一输入提供给该变压器T₃的中心抽头。

通过一电阻器R₁，该变压器T₃的初级线圈的一端与晶体管Q₁的集电极相连，该初级线圈的另一端耦合至晶体管Q₂的集电极，将晶体管Q₁的基极与集电极之间短路以使该晶体管Q₁具有二极管的功能。该晶体管Q₁和Q₂的发射极分别通过电阻器R₂和R₃连接至一输入端子。该晶体管Q₁和Q₂的基极相互耦合以使该晶体管Q₁和Q₂构成一电流反射镜电路。另外，电阻器R₁位于该线圈的一端与晶体管Q₁之间，并且一电容器C₂对电阻器R₁、晶体管Q₁和电阻器R₂进行旁路。

当这样结构的电路接收到直流/交流叠加信号时，该信号的直流分量通过该变压器T₃的初级线圈被引入到电流反射镜电路。更特别地，自中心抽头供给的一直流电流通过该初级线圈的一部分(图的上边)被引入该电流反射镜电路的晶体管Q₁，同时一具有以上相同值(当反射比为1时)的直流电流通过该初级线圈的另一部分(图的下边)被输入晶体管Q₂。在这种情况下，因为电阻器R₁的存在使得交流分量通过旁路电容器C2被旁路从而无交流分量流入晶体管Q₁。结果伴随着直流分量被输入该变压器T₃的初组线圈而在铁心或磁轭(末示出)上产生的电流磁化因为该直流分量在该初级线圈的中心抽头的一侧上的流动与其在另一侧上的流动方向相反而被消除。这样，就不需要因为考虑直流磁化而在铁心或磁轭中提供一磁隙，从而不会使变压器T₃的尺寸增大，将会了解到，变压器T₃的初级线圈的在图中的下部(位于该电流反射镜电路的晶体管Q₂一侧的部分)由于无交流分量流过而不会具有与该变压器的原初级线圈一样的功能。具有与该变压器的原初级线圈一样功能的是在图中的上部(位于该电流反射镜电路的晶体管Q₁一侧的部分)。

为了说明该实施例的效果，现将该实施例与上述根据EI-35规格的第二个现有技术实例进行比较。该实施例用于与这样结构的第二现有技术实例同样的用途的情况下，初级侧共有800匝且次组侧有400匝。对于带有14mm(所谓的EI-14)铁心尺寸的变压器T₃的匝数是够的。而且，该电路可用通用元件构成。例如，晶体管Q₁和Q₂可以是例如ZSC1815的晶体管，而电阻器R₁、R₂和R₃及电容器C₂可采用普通规格并分别为例如150Ω和100μF的元件。

另外，在下文中可以看到该实施例与前述的第二个现有技术实例相比确实具有显着的改善的特性。如图2所示(其中输入＝0dB)例如在100Hz处产生大约-1dB的衰减值，并且衰减特性呈现为一条自低频到高频的基本平滑的曲线。在该电流特性中，输入直流/交流叠加信号与仅输入交流分量之间的差别很小，这将有利于对该特性的评定和测试。

参照图3，示出根据本发明的第二个实施例的电路结构。在所示电路中，所采用的变压器T₄的尺寸比常规的变压器有所减小，原因将在后面予以说明，该直流/交流叠加信号被输入到具有例如600Ω的输入阻抗和600Ω的输出阻抗的变压器T₄中。

首先，该实施例与第一实施例的不同之处在于变压器与电流反射镜电路的连接方式，更具体地，在第一个实施例中，变压器T₃的上端和下端分别耦合至电流反射镜电路的二极管侧和晶体管侧，而在该实施例中，变压器T₄和下端和上端分别耦合至二极管侧和晶体管侧。其次，该实施例与第一实施例的不同之处还在于所采用的变压器T₄没有中心抽头，且直流/交流叠加信号被输入变压器T₄的上端。

当这样结构的电路接收到直流/交流叠加信号时，该信号的直流分量I₀被分成至晶体管Q₂的集电极的直流电流I₁和至变压器T₄的初级电流的直流分量I₂。该电流I₂通过T₄的初级线圈被导向电流反射镜电路。该电流I₂在电阻器R₂的两端间产生一直流电压R₂I₂，在电阻器R₃的两端间也产生同样的电压。因此电流I₁与I₂的比由电阻器R₁至R₃的阻值确定。

例如，电阻器R₁和R₂为10KΩ，并且电阻器R₃为10Ω，当-100mA的电流流经电阻器R₃时，在电阻器R₃的两端将生成-100mA×10Ω＝1V的电压。同时电阻器R₂两端的电压也为1V，因此流过电阻器R₂的电流值为1V/10KΩ＝0.1mA。换句话说，当该实施例的该电路接收到带有I₀＝100mA直流分量的直流/交流叠加信号时，一与流经电阻器R₂的0.1mA的直流电流相比非常大的直流电流(约100mA)将流入晶体管Q₂和电阻器R₃。这就意味着该输入信号的几乎全部的直流分量I₀流入晶体管Q₁和电阻器R₃，而只有一非常微小的直流电流能流经变压器T₄的初级线圈。因此，由于流经的直流分量十分微小，则可能由流入变压器T₄的初级线圈的直流分量引起的铁心或磁轭内的直流磁化可以忽略不计。这样，就不需要因为考虑直流磁化而提供一磁隙，从而有可能避免变压器T₄尺寸的增大。另外，由于晶体管Q₁的集电极一发射极阻抗是无穷大的，该输入直流/交流叠加信号的交流分量流入变压器T₄的初级线圈。这些支流分量通过电容器C₂被分流。这样，在该电路的两输入端之间，将体现出变压器T₄的特性。

在该实施例中，假设变压器T₄的初级侧和次级侧的匝数都为400匝，铁心的尺寸可以为14mm(所谓的EI-14)。另外，该电路可由通用元件构成。可以知道，例如，晶体管Q₁和Q₂可以是例如2SC1815晶体管，及电阻器R₁、R₂和R₃及电容器C₂可为普通规格和数值的元件。

与第一实施例的方法一样，该实施例与第二个现有技术实施例相比确保了显著改善的特性，即，可获得与图2中所示的同样的特性，而也如同第一个实施例一样，在输入直流/交流叠加信号时或仅输入交流分量时该电路的特性几乎不变化。

参照图4，示出了本发明的第三实施例的电路结构，在所示的电路中，采用的变压器T₄与第二实施例中的相同。

该实施例与第二实施例的不同之处在于它包括一代替电流反射镜电路的电压调节器。更具体地，去除基极-集电极间短路的晶体管Q₁，由电阻器R₁和R₂连接构成一用于晶体管Q₂的旁漏偏压电路。该电阻器R₁和R₂以交替的方式被电容器C₂旁路。并因此通过电阻器R₁和R₂的偏压形成一直流偏压。该晶体管Q₂和偏压电路(包括电阻器R₁和R₂)构成电压调节器，由此晶体管Q₂的集电极-发射极阻抗形成一交流高阻抗。该晶体管Q₂可例如为2SC3298。

该直流/交流叠加信号的该直流分量I₀被分成至晶体管Q₂的集电极的直流电流I₁和变压器T₄的初级电流的直流分量I₂，该电流I₂通过变压器T₄的初级线圈被输入该偏压电路。晶体管Q₂的基极通过电流I₂的作用被旁漏-偏压，由此晶体管Q₂的基极-发射极电压形成为一恒电压，使得根据该电压具有一数值的直流电流I₁流入晶体管Q₂的集电极。电流I₁对电流I₂的比依据于晶体管Q₂的电流放大系数和该偏压电路的结构。这样，电流I₁形成为一与电流I₂相比十分大的电流。

因此，与第二实施例相同，输入信号的直流分量I₀几乎不流入变压器T₄的初级线圈，所以，同样不需要因为考虑直流磁化而提供一磁隙，并且防止了变压器T₄尺寸的增大。

该实施例中的变压器T₄在尺寸上的减小程度与第二实施例是一样的，同时也保证了具有与其等效的特性。另外，晶体管的数量能被减少一个，从而不但简化了电路的结构而且降低了制造成本。

参照图5，示出了本发明的第四实施例的一直流施加电路的结构。该实施例与第三实施例的不同之处在于它采用了由一对晶体管(例如2SC1162S)达林顿连接成的晶体管Q₂。对应地，有一电容器C₄与变压器T₄的初级线圈并联连接。还有一电容器C₃与电阻器R₂并联连接。晶体管Q₂的达林顿连接确保了它具有提高的电流驱动能力。电容器C₃的增加使得电阻器R₁与电容器C₂和C₃构成一低通滤波器，从而减少了交流分量到晶体管Q₂侧的泄漏。其中参数选择可以为Z＝600Ω，R₁＝47KΩ，R₂＝47KΩ，R₃＝100Ω，C₂＝10μF，C₄＝0.01μF，T₄＝600Ω∶600Ω。

参照图6，示出了本发明第五实施例的一直流施加电路的结构。该实施例与第四实施例的不同之处在于它从中去除了电阻器R₂。该电阻器R₂的去除使得不会产生由其生成的热量，实现了电路产生更少的热量。

参照图7，示出了本发明第六实施例的一直流施加电路的结构。该实施例与第三实施例的不同之处在于其提供有不带有电阻器R₂的电容器C₃。电阻器R₂的去除使得电路产生更少的热量，并且电容器C₃的增加确保了减少进入晶体管Q₂侧的交流分量的泄漏。

参照图8至图13，分别示出了本发明第七至第十二实施例的直流施加电路结构。所示的电路与第一至第六实施例的不同之处在于它们为用于向扼流图L₂或L₃提供直流电流的电路。这些实施例也确保了例如尺寸减小的效果。其中L₃可选择为例如600Ω。

需要说明的是在上述描述中，电流反射镜电路的反射比为1，它与这样的事实相联系，即在第一和第七实施例中，中心抽头平分线圈的匝数。然而，在实施本发明中，也可设计除1以外的反射比，例如，根据用于第一和第七实施例的中心抽头的设置位置，可采用具有适当的发射极区的晶体管Q₁和Q₂，使在第二和第八实施例中，只有一微小的直流电流流经变压器T₄的初级线圈。然而，考虑到既要减小直流磁化的影响又要提供一个价廉的结构，在第一和第七实施例中最好采用为1的用于电流反射镜电路的反射比，并在其他采用电流反射镜电路的实施例中采用尽可能大的反射比，而且，电阻器R₁的阻值可根据直流电流值来设置。还有，该二极管连接的晶体管可替换为二极管。

本发明适用于传真机或其他各种传输装置。更特别地，本发明可广泛适用于处理直流信号和交流信号的叠加信号的电路中的变压器或感应器。

Claims (8)

1、一用于向一线圈提供一直流电流的电路，包括：

用于接收由互相叠加的直流分量和交流分量组成的一直流/交流叠加信号的线圈，其中所述线圈是一变压器或一扼流圈的初级线圈；及

用于防止由流过的直流分量引起的在所述线圈的磁部件内的直流磁化的一直流磁化防止电路，其中所述直流磁化防止电路将几乎所有被输入所述线圈的直流分量旁路，从而减少流过所述线圈的直流分量到可被忽略的程度。

2、根据权利要求1的用于向一线圈提供一直流电流的电路，其中所述直流磁化防止电路包括：

一电流反射镜电路，具有一与所述线圈的一端相连的二极管侧电路和一与所述线圈的另一端相连的晶体管侧电路；

一并联电路，用于将输入电流分成两流，并将其中一流供给所述电流反射镜电路的二极管侧电路，将另一流供给所述电流反射镜电路的晶体管侧电路，以使流向该电流反射镜电路的二极管侧电路的直流电流与流向该电流反射镜电路的晶体管侧电路的直流电流相比在数值上小至可忽略不计；以及

一旁路电路，用于对所述电流反射镜电路的二极管侧电路交替旁路。

3、根据权利要求2的一用于向一线圈提供一直流电流的电路，其中所述并联电路包括一与该电流反射镜电路的二极管侧电路相连的电阻器及一与该电流反射镜电路的晶体管侧电路相连的电阻器，所述与二极管侧电路相连的电阻器与所述晶体管侧电路相连的电阻器的阻值相比，阻值足够大以至可忽略不计。

4、根据权利要求1所述的一用于向一线圈提供一直流电流的电路，其中，所述直流磁化防止电路包括：

一与该线圈并联的晶体管；

一与该线圈串联用于对所述晶体管进行偏压的偏压电路；

一用于将流过所述线圈的交流分量进行旁路，以不使交流电流流入所述偏压电路的旁路电路。

5、根据权利要求4所述的用于向一线圈提供直流电流的电路，其中，所述偏压电路包括一由多个电阻器串联组成用于以其一连接点提供一偏压电压的旁漏偏压电路。

6、根据权利要求5所述的一用于向一线圈提供一直流电流的电路，其中与构成所述旁漏偏压的电阻器相配合，所述旁路电路构成一低通滤波器，用于减少进入与所述线圈并联连接的晶体管的交流分量的泄漏。

7、根据权利要求4所述的一用于向一线圈提供一直流电流的电路，其中与所述线圈并联连接的所述的晶体管是与由许多晶体管达林顿连接得到的等效的晶体管。

8、根据权利要求4所述的一用于向一线圈提供一直流电流的电路，其中所述旁路电路由电容构成，与该电容相配合，所述偏压电路构成一低通滤波器，用于减少进入与所述线圈并联连接的晶体管的交流分量的泄漏。

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