CN1109658A

CN1109658A - 具有消除负载阻抗影响的电压/功率变换电路

Info

Publication number: CN1109658A
Application number: CN 94103536
Authority: CN
Inventors: 陈道南
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1995-10-04

Abstract

具有消除负载阻抗影响的电压/功率变换电路，属于基本电子电路领域。

本发明中和了跨导型和电压型放大电路的输出特性，使电路的输出功率Pout可以仅与输入电压Ui 和运算网络参数K的乘积相关，而与负载阻抗无关，即Pout＝(UiK)²，因此它能消除电量在传输过程中由电抗和等效电抗存在引起的变异，当负载为一电量一非电量转换部件时，它能消除转换灵敏度因部件中含有电抗和等效电抗存在而导致随频率变化的非线性。

Description

本发明涉及具有消除负载阻抗影响的电压/功率变换电路，特别地涉及同时具有电压型和跨导型输出特性的放大电路，属于基本电子电路领域。

现有技术中普遍使用的电压型和跨导型放大电路，其输出功率都与负载阻抗相关，即Pout＝Uout²/Z＝Iout²Z因此负载阻抗对电量传输存在着影响。

本发明的目的在于中和上术两种类型电路的输出特性，使电路的输出功率可不受负载阻抗的影响，即Pout＝（UiK）²，因此它能消除电量在传输过程中由电抗和等效电抗存在而引起的变异，当负载为一电量-非电量转换部件时，它能消除转换灵敏度因部件中含有电抗和等效电抗存在而导致随频率变化的非线性。

本发明的目的是在现有技术的电压/电流变换电路为基础上，用以下两种输出技术方案实现：一种是直接输出方式（图2），用线圈抽头或绕制两组线圈的方法把一个负载Z分为Zi和Za两部分，取代（图1）中的Ri和Z;另一种是变压器耦合输出方式（图3），用变压器初级线圈抽头或绕制两组线圈的方法把一个负载Z等效分为Zi′和Za′两部分，取代（图1）中的Ri和Z，而原有负载Z接变压器T的次级。前者工作频率可延伸到直流（DC），由于不用变压器，体积小、重量轻、成本低;后者可继续使用原有负载，并可调整负载对电压和电流的需求量。

本发明除具有前面“本发明的目的在于……”一段所述主要优点以外，同时还具有下述优点：由于电路同时具有较强的正、负反馈，因此，1、频响宽;2、交越失真小，（因为输出电流强制受控于输入信号电压）。由于消除了无功率，因此动态范围相对加大;由于电路的电压放大倍数Ku＝Uout/Ui＝UiKZ/ZiUi＝KZ/Zi，因此电路的K值可选较小，所以电路稳定，总的电压放大量还可以从电路特性中分担Z/Zi倍。根据不同需要相对增加Zi/Za或Zi′/Za′或（R3/R4）/（R1/R2）的数值，还可得到对负载原电抗分量的保留量。

图1为现有技术中的电压/电流变换电路;

图2为本发明第一实施例-直接耦合式电压/功率变换电路;

图3为本发明第二实施例-变压器耦合式电压/功率变换电路;

以下参照附图，对本发明作详尽描述。

参照图1，为现有技术中的电压/电流变换电路，它是本发明的线路基础。图中（A）是一差动输入，能满足工作需求的集成放大器，器件的型号、参数应根据用户的具体需要进行选择或用其它元器件自行设计。Ui为施加在该电路的输入端（I）的电压;（O）为电路输出端;R1-4和Ri为电路电阻;Z为负载阻抗。电路的输出电流为：Iout＝Ui×K/Ri

输出电压为：Uout＝Iout×Z＝Ui·KZ/Ri

输出功率为：Pout＝（Uout/Ri）²Z＝（UiK）²Z/Ri²

式中K为电路的运算网络参数：K＝R1/R2＝（R3+Ri）/R4

因为在电路中，R3通常大于Ri四个数量级左右，Ri可忽略。所以

K≌R3/R4＝Cont

参照图2，它为本发明第一实施例，与图1中相同的标记代表相同元件，首先用线圈抽头或绕制两组线圈的方法把一负载Z分为Zi和Za两部分，即：Z＝Zi+Za

这时电路的输出电流为：Iout＝UiK/Zi

输出电压 Uout＝IoutZ＝UiKZ/Zi

输出功率 Pout＝（UiK）²Z/Zi²

当Zi²＝Z时 Pout＝Ui²K²＝（UiK）²

显然，这时的输出功率与负载无关，即负载上电流电压的积是恒定的，因为在电路中R3通常大于｜Zi｜四个数量级左右，所以K可视为常数。

Zi²＝Z是靠选取负载Zi与Z的数值关系来实现的，由于负载线圈阻抗Z的比，等于该线圈的匝数N的比，或等于该线圈的长度L的比，即：Zi/Z＝Ni/N＝Li/L

故可直接选取Zi的数值等于负载线圈总匝数的平方根来实现Zi²＝Z。例如知道了（决定了）负载线圈的总匝数为100匝后，Zi就取100的平方根，等于10匝，Za就取100减10，等于90匝。多层线圈负载由于线圈半径问题应考虑以线圈导线有效长度为准。

请注意：从电路的输出特性的公式中可以看到，Pout＝（UiK）²Z/Zi²，当Zi²小于Z时，输出功率就会大于（UiK）²，这时就会自激，因此，Z宜小于Zi²千分之几。或者当R3/R4小于R1/R2时也会出现自激，因此R3/R4宜大于R1/R2千分之几。这时从原有电抗的剩余量与消除量的比值来讲，相对而言，仍可以说消除了原有的电抗成分。我们可以利用这一点，进一步相对增加Zi或R3/R4的数值，随着数值的改变量电路会呈现不同程度的反向电压放大电路的输出特性，使原负载的电抗成分相应有在电压型放大特性输出时的保留量。

参照图3，它为本发明的第二实施例，与图2中相同标记代表相同元件，它是在图2基础上通过变压器（T）耦合输出，Zi′和Za′的数值同样可按第一实施例的方法，从变压器初级线圈的匝数关系直接选定。因为这是电路负载的比例关系，不必反复繁锁代入变压器的初、次级匝比，和负载阻抗的具体数值。等效负载：Z′＝Zi′+Za′变压器（T）初级线圈中的电流为：Iout′＝UiK/Zi′。

其初级线圈中的功率为：Pout′＝（UiK）²Z/Zi′²

当Zi′²＝Z′时Pout′＝（UiK）²

同理，这时输出功率与负载无关，即负载上电压、电流的积是恒定的。

显见的是，本领域技术人员在不超出由以下权利要求所限定的精神与范围内，可对本发明做出多种变型。

Claims

1、一种具有消除负载阻抗影响的电压/功率变换电路，包括由电压输入端(Ⅰ)；运算放大器(A)；电阻(R1-4)和Ri；负载阻抗(Z)；输出端(O)组成的电压/电流变换电路，

其特征在于：

(1)负载阻抗(Z)分为Zi和Za两部分，Z=Zi+Za，Zi取代Ri；Za取代Z；

(2)R3的一端(右)接Zi和Za的抽头处；

(3)输出电流仅与负载中的Zi部分相关；Iout=UiK/Zi；

(4)输出功率与负载无关 Pout=(UiK)²(当Zi²=Z时)

K≌R3/R4=Cont，

因此它能消除电量在传输过程中由电抗和等效电抗存在而引起的变异，还能消除电量-非电量转换负载因包含有电抗和等效电抗存在，而导致转换灵敏度随频率变化的非线性。

(式中Ui为施加在变换电路输入端(I)的电压；K为电路的运算网络参数。)

2、根据权利要求1的一种具有消除负载阻抗影响的电压/功率变换电路，其特征在于Pout＝（UiK）²Z/Zi²（当Zi²≠Z时）。根据不同需要相对增加Zi/Za或（R3/R4）/（R1/R2）的数值可获得对负载原有电抗分量的保留量。

3、一种具有消除负载阻抗影响的电压/功率变换电路，包括由电压输入端（Ⅰ），运算放大器（A）;电阻（R1-4）和Ri;负载阻抗（Z）;输出端（O）组成的电压/电流变换电路，

其特征在于：（1）用变压器T将负载阻抗（Z）等效分为Zi′和Za′两部分，等效负载Z′＝Zi′+Za′，由Zi′取代Ri;Za′取代Z;

（2）R3的一端（右）接Zi和Za的抽头处;

（3）输出电流仅与负载中的Zi′部分相关，I′out＝UiK/Zi′

（4）输出功率与负载无关Pout′＝（UiK）²（当Zi′²＝Z′时）K≌R3/R4＝Cont，

（式中Ui为施加在变换电路输入端（Ⅰ）的电压;K为电路的运算网络参数。）

4、根据权利要求1的一种具有消除负载阻抗影响的电压/功率变换电路，其特征在于Pout＝（UiK）²Z′/Zi′²（当Zi′²≠Z′时）。根据不同需要相对增加Zi′/Za′或（R3/R4）/（R1/R2）的数值，可获得对负载原有电抗分量的保留量。