CN110380698B - 一种线性放大器 - Google Patents

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    • H03F3/42—Amplifiers with two or more amplifying elements having their dc paths in series with the load, the control electrode of each element being excited by at least part of the input signal, e.g. so-called totem-pole amplifiers
    • H03F3/423—Amplifiers with two or more amplifying elements having their dc paths in series with the load, the control electrode of each element being excited by at least part of the input signal, e.g. so-called totem-pole amplifiers with MOSFET's

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Abstract

本申请公开了一种线性放大器，包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第一比较器、第二比较器；第一运算放大器的输出端连接有第一mos管的栅极；第二运算放大器的输出端连接有第二mos管的栅极；第一比较器的输出端连接有第三mos管的栅极；第二比较器的输出端连接有第四mos管的栅极；第一运算放大器的反相输入端和第二运算放大器的反相输入端均连接输入电源；第一运算放大器的正相输入端和第二运算放大器的正相输入端均连接反馈电阻电路的一端；第一比较器的反相输入端用于输入第一预置电压信号；第二比较器的反相输入端用于输入第二预置电压信号。本申请提供的一种线性放大器，能够抑制电压波形的失真。

Description

一种线性放大器
技术领域
本申请属于移动通信技术领域，尤其涉及一种线性放大器。
背景技术
随着无线通信系统对高速率传输数据的不断提高，移动通信系统由原先的2G恒包络调制信号，逐渐发展到3G、4G非恒包络调制信号。而非恒包络调制信号由于其更加复杂的调制方式而使其能够满足高速传输数据的要求。对于设计处理非恒包络调制信号的电路来说，为防止电路失真，需要对功率放大器的线性度有着更高的要求。所以为了线性放大非恒包络调制信号，一般采用A或者AB类线性功放来保证电路的线性度。而对于线性放大器来说，线性级模块可以处理输出信号中的高频分量，提供一定量的交流分量给负载，同时吸收电路中的一些噪声电流。在线性放大器中，放大器的增益、带宽和摆率的限制，以及输出端负载的变化均有可能导致放大器的输出电压出现波动，使得输出电压没有跟随输入电压的变化，即输出电压波形出现失真。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种线性放大器，通过在线性放大器的结构中加入基于比较器的电压调节电路，来辅助调节输出电压；当输出端电压发生突变时，辅助电路开启，对输出电压进行调节，使得线性放大器的输出电压能够随着输入电压的变化而变化，进而抑制电压波形的失真。
本申请提供了一种线性放大器，包括：
第一运算放大器、第二运算放大器、第一比较器、第二比较器；
所述第一运算放大器的输出端连接有第一mos管的栅极；
所述第二运算放大器的输出端连接有第二mos管的栅极；
所述第一比较器的输出端连接有第三mos管的栅极；
所述第二比较器的输出端连接有第四mos管的栅极；
所述第一运算放大器的反相输入端和所述第二运算放大器的反相输入端均连接输入电源；
所述第一运算放大器的正相输入端和所述第二运算放大器的正相输入端均连接反馈电阻电路的一端；
所述第一比较器的反相输入端用于输入第一预置电压信号；
所述第二比较器的反相输入端用于输入第二预置电压信号。
优选地，所述第一预置电压信号小于输入电压信号，所述第二预置电压大于所述输入电压信号，所述第一预置电压信号、所述输入电压信号和所述第二预置电压信号同步变化。
优选地，所述第一mos管的漏极连接所述第二mos管的漏极。
优选地，所述第三mos管的漏极连接所述第四mos管的漏极。
优选地，所述反馈电阻电路包括至少一个电阻。
优选地，所述第一mos管的漏极、所述第二mos管的漏极、所述第三mos管的漏极和所述第四mos管的漏极均连接电源输出端。
优选地，所述电源输出端并联有电容。
优选地，所述第一运算放大器的正相输入端连接所述第三mos管的漏极。
优选地，所述第二运算放大器的正相输入端连接所述反馈电阻电路。
优选地，所述第一比较器的正相输入端连接所述第三mos管的漏极；所述第二比较器的正相输入端连接所述反馈电阻电路的另一端。
综上所述，本申请提供了一种线性放大器，包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第一比较器、第二比较器；所述第一运算放大器的输出端连接有第一mos管的栅极；所述第二运算放大器的输出端连接有第二mos管的栅极；所述第一比较器的输出端连接有第三mos管的栅极；所述第二比较器的输出端连接有第四mos管的栅极；所述第一运算放大器的反相输入端和所述第二运算放大器的反相输入端均连接输入电源；所述第一运算放大器的正相输入端和所述第二运算放大器的正相输入端均连接反馈电阻电路的一端；所述第一比较器的反相输入端用于输入第一预置电压信号；所述第二比较器的反相输入端用于输入第二预置电压信号。
本申请提供的一种线性放大器，通过在线性放大器的结构中加入基于比较器的电压调节电路，来辅助调节输出电压；当输出端电压发生突变时，辅助电路开启，对输出电压进行调节，使得线性放大器的输出电压能够随着输入电压的变化而变化，进而抑制电压波形的失真。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种线性放大器的电路图；
图2为本申请实施例提供的一种线性放大器的放大器的电路图；
图3为本申请实施例提供的一种线性放大器的比较器的电路图；
图4为本申请实施例提供的一种线性放大器的电压调节示意图；
图5为本申请实施例提供的一种线性放大器的电压调整波形图一；
图6为本申请实施例提供的一种线性放大器的电压调整波形图二。
具体实施方式
本申请提供了一种线性放大器，通过在线性放大器的结构中加入基于比较器的电压调节电路，来辅助调节输出电压；当输出端电压发生突变时，辅助电路开启，对输出电压进行调节，使得线性放大器的输出电压能够随着输入电压的变化而变化，进而抑制电压波形的失真。
下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
参见图1-图6，图1为本申请实施例提供的一种线性放大器的电路图；图2为本申请实施例提供的一种线性放大器的放大器的电路图；图3为本申请实施例提供的一种线性放大器的比较器的电路图；图4为本申请实施例提供的一种线性放大器的电压调节示意图；图5为本申请实施例提供的一种线性放大器的电压调整波形图一；图6为本申请实施例提供的一种线性放大器的电压调整波形图二。
本申请提供了一种线性放大器，包括：
第一运算放大器、第二运算放大器、第一比较器、第二比较器；
第一运算放大器的输出端连接有第一mos管的栅极；
第二运算放大器的输出端连接有第二mos管的栅极；
第一比较器的输出端连接有第三mos管的栅极；
第二比较器的输出端连接有第四mos管的栅极；
第一运算放大器的反相输入端和第二运算放大器的反相输入端均连接输入电源；
第一运算放大器的正相输入端和第二运算放大器的正相输入端均连接反馈电阻电路的一端；
第一比较器的反相输入端用于输入第一预置电压信号；
第二比较器的反相输入端用于输入第二预置电压信号。
需要说明的是，本申请实施例提供的线性放大器，包括有两个运算放大器、反馈电阻电路、两个比较器、mos管Mdig1、mos管Mdig2和AB类推挽输出级。整个放大器电路可以看做一个工作在负反馈状态下的放大器。电路中的运算放大器和推挽管组成高增益大放大器，反馈电阻电路为运算放大器提供合适的共模输入电压。特别地，放大器的输入电压有共模范围，只有输入电压在共模范围内时输出的信号为线性信号。输入共模电压是非反相和反相输入端VIN+和VIN-的公共的电压电平。接入反馈电阻电路后，因为在闭环负反馈中，会使得一个输入端密切跟踪另一个输入端，因此输出的VIN+接近于VIN-，而使得VIN+与VIN-之间的压差接近为0，且在共模范围内的输入电压能够保证输出的信号不失真。
两个比较器分别连接一个mos管，当检测到输出电压的变化时，能够根据变化相应的控制所连接的mos管的开启或关闭，来调节输出电压从而抑制输出电压失真。
特别地，采用AB类推挽输出级，能够将整个放大器线路看成两级放大电路，第一级为运算放大器(op1/op2)，第二级为AB类推挽输出级(MP、MN)。采用AB类推挽输出级可以使得电路具备大电流驱动能力，具有一定的对负载供电的能力，同时提供低输出阻抗。
参见图2，为本申请的放大器的一个实施例的电路示意图，图中所示的放大器的电压增益为：
AV,OP(0)＝Kgm，3(ro，8||ro，6)
式中，M1:M5和M2:M6均为1：K。
进一步地，第一预置电压信号小于输入电压信号，第二预置电压大于输入电压信号，第一预置电压信号、输入电压信号和第二预置电压信号同步变化。
需要说明的是，VIP为电路的输入端，Vina和Vinb为分别为比较器的一端的输入信号，且后两者为可变的阈值电压信号，且Vina<VIP<Vinb，这三个电压信号同步变化。对输入电压信号VIP进行处理，利用电阻分压电路产生Vina和Vinb，就可以得到与输入电压信号同步变化的阈值电压信号Vina和Vinb，并调节电路使得Vina<VIP<Vinb。
进一步地，第一mos管的漏极连接第二mos管的漏极。
需要说明的是，从图1可知，第一mos管的漏极连接第二mos管的漏极，并连接电源输出端，第一mos管的源级连接有电源，第二mos管的源级接地。
进一步地，第三mos管的漏极连接第四mos管的漏极。
需要说明的是，从图1可知，第三mos管的漏极连接第四mos管的漏极，且连接电源输出端，第三mos管的源级连接有电源，第四mos管的源级接地。
进一步地，反馈电阻电路包括至少一个电阻。
需要说明的是，反馈电阻电路中可以包括一个或多个电阻，在此不做限制。
进一步地，第一mos管的漏极、第二mos管的漏极、第三mos管的漏极和第四mos管的漏极均连接电源输出端。
需要说明的是，从图1可知，四个mos管的漏极均连接电源输出端。
进一步地，电源输出端并联有电容。
需要说明的是，电源输出端还并联有输出电容。
进一步地，第一运算放大器的正相输入端连接第三mos管的漏极。
需要说明的是，第一运算放大器的正相输入端连接第三mos管的漏极，并连接电源输出端。
进一步地，第二运算放大器的正相输入端连接反馈电阻电路。
需要说明的是，第二运算放大器的正相输入端连接反馈电阻电路，并连接电源输出端。
进一步地，第一比较器的正相输入端连接第三mos管的漏极。
需要说明的是，第一比较器的正相输入端连接第三mos管的漏极，并连接电源输出端，并且，本申请实施例中的第一比较器的正相输入端可以与第一运算放大器的正相输入端共用一个正相输入端，也可以分开为独立的两个正相输入端，工作流程相同。
进一步地，第二比较器的正相输入端连接反馈电阻电路的另一端。
需要说明的是，第二比较器的正相输入端连接反馈电阻电路的另一端。并且，本申请实施例中的第二比较器的正相输入端可以与第二运算放大器的正相输入端共用一个正相输入端，也可以分开为独立的两个正相输入端，工作流程相同。
参见图3，该图为基于比较器结构的电压调节电路的示意图，比较器CMP对Mdig进行调节，使得输出电压稳定在Vin附近。参见图4，该电压调节电路瞬态响应较好，在输出负载突变后输出电压的调整时间很短。但是由于比较器处在不断调节的状态，输出电压存在着很小的纹波。
当将线性放大器与图3中的电压调节电路结合成图1中的电路图时，参见图5，当输入电压为某个固定的电压值，在输出端的负载电流突变的情况下，由于负载的突变使输出电压发生改变，并且超过了一定的范围，比较器检测到输出电压的变化从而开启或关闭Mdig1和Mdig2，进一步调整输出电压，输出电压更好地跟随输入电压。因此该线性放大器具有更好的瞬态响应，能够有效地抑制输出电压的失真。
在一般的线性放大器电路中，随着输入信号的频率增加，输出电阻增大时，会使得输出电压出现谐波，输出波形失真，不能够跟随输入电压的变化。本申请提出的电路中，当输出电压出现失真后，由比较器CMP1、CMP2、MOS管Mdig1和Mdig2组成的辅助调节电路能够抑制输出波形的失真。如图6所示，当输出波形失真超过Vinb后，MOS管Mdig2开启，该下拉电路将输出电压调整在一定的电压范围内，抑制输出波形的失真。同理输出电压波形失真低于Vina后，上拉电路开启，调整输出电压。因此Mdig1和Mdig2只工作在输出电压波形失真的情况下，这样可以有效地降低电路的整体功耗，同时该辅助电路不会对线性放大器电路的带宽和增益带来影响。
本申请实施例将class AB结构的线性放大器电路和基于比较器结构的电压调节电路结合，既具备有大电流驱动能力，又能够有效地抑制输出电压的波形失真，输出电压能够很好地跟随输入电压的变化，具有良好的抗噪声干扰能力。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种线性放大器，其特征在于，包括：
第一运算放大器、第二运算放大器、第一比较器、第二比较器；
所述第一运算放大器的输出端连接有第一mos管的栅极；
所述第二运算放大器的输出端连接有第二mos管的栅极；
所述第一比较器的输出端连接有第三mos管的栅极；
所述第二比较器的输出端连接有第四mos管的栅极；
所述第一运算放大器的反相输入端和所述第二运算放大器的反相输入端均连接输入电源；
所述第一运算放大器的正相输入端和所述第一比较器的正相输入端均连接电源输出端；
所述第二运算放大器的正相输入端和所述第二比较器的正相输入端均连接反馈电阻电路的输出端；
所述第一比较器的反相输入端用于输入第一预置电压信号；
所述第二比较器的反相输入端用于输入第二预置电压信号；
所述第一mos管的漏极连接所述第二mos管的漏极；
所述第三mos管的漏极连接所述第四mos管的漏极；
所述第一mos管的源极和所述第三mos管的源极均连接有电源；
所述第二mos管的源极和所述第四mos管的源极均接地；
所述反馈电阻电路的输入端连接所述电源输出端；
所述第一mos管的漏极、所述第二mos管的漏极、所述第三mos管的漏极和所述第四mos管的漏极均连接电源输出端。
2.根据权利要求1所述的线性放大器，其特征在于，所述第一预置电压信号小于输入电压信号，所述第二预置电压大于输入电压信号，所述第一预置电压信号、输入电压信号和所述第二预置电压信号同步变化。
3.根据权利要求1所述的线性放大器，其特征在于，所述反馈电阻电路包括至少一个电阻。
4.根据权利要求1所述的线性放大器，其特征在于，所述电源输出端并联有电容。
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