CN1182326A - 多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器 - Google Patents

Abstract

多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器属视频信号的分配及转换领域。从减少输入信号动态范围扩展放大器动态范围及采用多重并行末级输出并行反馈等技术入手,使放大器能在低的单电源下工作并直接耦合输出,消除了低频失真,降低了功耗,增加了输出路数,可用5伏或3.3伏等数字供电电源,多种功能供不同选择,宽频带可用于广播电视应用电视及高清晰度电视或其他领域。可作成集成电路。

Description

多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器

本发明是有关视频分配放大器的，它属于视频信号的分配及转换领域。

全电视信号由包括色度和亮度的图象信号、色同步信号、复合消隐信号和复合同步信号等组成，它是一种不对称的信号。图象信号的亮度部分可以由全黑变成全白，色度信号的饱和度也可以由零变到饱和，其平均分量的变化很大。一个标准幅度的视频信号，当交流耦合时，其动态范围因平均分量的极端变化可能会2倍于标称幅度。

视频分配放大器的输出是通过视频电缆传送到负载端的，为了与电缆匹配，它的输出阻抗应是电缆的特征阻抗，电缆传输的终端还应终接等于电缆特征阻抗的电阻。因此，当负载端要求标称值为1V峰—峰值的信号时，放大器需输出2V峰—峰值的信号，由于平均分量的极端变化，放大器应至少有2×2＝4V的最小线性动态范围。实际上对于分配放大器还要求增益至少能在-3dB至+6dB之间连续可调。当+6dB时—这相当于给负载送出2倍的标称幅度的信号，则要求放大器有2×2×2＝8V的最小线性动态范围，放大器的供电电压将会远远超过8伏了。这是由于一般的放大器对电源的有效利用率很低。现有电路有的用±12V供电，有的用±8V供电，即使是最新马克西姆(MAXIM)公司的产品MX469、470系列也需用±5V供电，而且每片集成电路最多只能有4路输出。它们为了能直接耦合输出，都是用正、负双电源供电的。

这些放大器由于要求的动态范围宽，而放大器本身的电源利用率又低，为了获得必要的输出动态范围而求助于提高供电电压，这就使电路的功耗大大增加一功耗差不多是与电压的平方成比例增加的，从而限制了每个放大器能分配输出视频的路数。

现有电路，当用单电源供电时，输出的直流工作点高，不便于直接耦合输出，否则将使功耗增加到不可容许的程度。当用交流耦合输出时，因终接电阻小，会引入很大的低频失真，并因大耦合电容而引入分布参量，使放大器的频响变坏。

当为了直接耦合输出而采用双电源供电时，往往还需采用推挽输出形式，这更增加了电路的复杂性和产品的成本。

此外这类电路的供电电压还难于与数字电路的供电兼容。

本发明的目的在于提出几种类型的视频分配放大器，它们以直流恢复的方式，将输入视频信号的同步顶固定在一确定的电平上，使输入信号的动态范围仅为其自身的最大峰—峰值幅度，而不是它的2倍，这样对放大器动态范围的要求就减小了一半。其次，本发明所提出的所有放大器的扩程放大及输出级均有接近供电电源宽的放大器线性动态范围，因而在输出信号幅度确定的情况下能在较低的供电电压工作。由于一般电路的功耗差不多是与供电电压的平方成比例增加的，本发明用较低的供电电压，大大地降低了功耗，因此，同样的器件，能提供更多的输出路数。

这些电路的静态直流工作点都可设计得接近于地电位，它们都以直接耦合的方式输出，因此不引入低频失真。

电路所用的元器件少。既利于用分离元器件组装，也便于作成混合集成电路或集成电路。

电路都采用了深度负反馈，有很宽的通频带，可用于高清晰度电视或其他要求宽频带视频放大的场合，由于其电路简单，制作成本低，及各具不同功能的多种电路可供选择，也很适用于众多的其他用途。

其供电电压低，可与数字电路的供电电压兼容—小于+6dB时可5V供电，0dB时可用3V或3.3V供电。

本发明技术方案的基本出发点是如方框图1所示那样，首先通过直流恢复电路2，把视频信号1的同步顶直流恢复到固定电平，使它的动态范围就是本身的峰—峰幅度，而不是随平均分量上、下变化的2倍峰—峰值幅度；其次是采用宽动态范围的前置放大器3，中间扩程放大器4及末级输出级5，并经反馈网络6把它们环接起来构成一个全环反馈的反馈放大器，使其具有宽的输入及输出线性动态范围，极宽的通频带和对容性负载的高度稳定性。这样压缩了输入信号的动态范围，扩展了放大器的动态范围，从而在要求同样的信号输出幅度条件下，可用远低的供电电压，这大大地降低了功耗——功耗差不多与供电电压的平方成比例地增加，从而使用同样的器件可激励数倍于一般电路的输出负载。如果再采用本发明提出的方框图1虚线框所示的多个并行末级输出级7及相应的并行反馈方式，则激励的输出路数还可在原有基础上再成倍增长。

直流恢复电路使输出信号的同步顶接近地电位，这样用单电源供电也可以直接耦合输出，从而不引入因交流耦合而不可避免的低频失真，简化了供电系统。

本发明在上述基本出发点的基础上，提出了多种类型的电路，供不同运用场合选用，以构成不同的产品或不同产品中的组成部分。现逐个分述如下：

互补反馈型放大器：

电路图2是互补反馈放大器的基本型，电容器C、二级管D、直流恢复偏置等效电源E_b和晶体管Q₁的输入阻抗共同组成相应于方框图1中的直流恢复电路方框图2。正极性的视频输入信号1的同步顶恢复到由E_b决定的直流电平上，这样无论输入信号的平均分量如何变化，其同步顶将始终恢复到同一参考水平，从而限制了视频信号的动态范围即为其自身的幅度，而不是它的2倍。晶体管Q₁构成方框图1中的前置放大器3。它的动态范围只比供电电压E低晶体管Q₁及Q₂的两个EB结电压。它对输入信号起缓冲放大作用；晶体管Q₂则构成方框图1中的中间扩程放大器4，它有仅比供电电压E低一个晶体管Q₂ CE结饱合压降的动态范围，起到输出动态范围的扩程作用并增加放大器的开环放大量，使闭环后能获得极宽的通频带；晶体管Q_3-1则以射极输出器的形式作为方框图1中的第1末级功率输出方框5，它与晶体管Q₂的组合动态范围只比供电电压E低晶体管Q₂的CE结饱和压降和晶体管Q_3-1的EB结电压，因此信号的输出动态范围为E-V_Ce2e-V_be3-1，一般对硅晶体管来说V_CES约0.3V，V_be约0.7V，因此实际的输出动态范围只比供电电压低1V左右，我们用3V供电可输出最大2Vp-p的信号，(终结后为1Vp-p，+0dB)。为了有一定的线性动态范围余裕，0dB时用3.3V供电，+6dB时用6V供电。用+5V供电和用3.3V供电正好能与现行的众多数字电路供电兼容，有利于拓宽它的用途。

当需要更大的输出幅度时，可用提高供电电压来实现，这时需要减少每个末级输出级的输出路数。

借助于电阻(R′_f+R_f1)——相当于方框图1的框图6，使晶体管Q₁、Q₂及Q_3-1共同组成一个由NPN及PNP等互补型晶体管组成的互补反馈放大器，这全环的串联电压反馈使整个放大器有高的输入阻抗、低的输出阻抗(趋于0)及极宽的通频带，使它对信号源的负载可忽略不计，而对输出负载的变化又极不敏感——输出阻抗→0，各输出路数间的隔离良好，输出负载的变化对输出特性无可见的影响。

实验证明，只用一支晶体管Q_3-1作输出极，当用3.3V供电时，可直接激励22路视频输出而长期工作，当用+6V供电时，可直接激励12路视频输出而长期工作，这对一般的运用已绰绰有余了。对于需要更多输出路数的特殊场合还可以在Q_3-1之外再引入晶体管Q_3-2…Q_3-n这样的多级末级功率放大级(方框图中的框图7)，这时用电阻R_f2…R_fn引入第2…第n个并行(并非并联)末级输出级的反馈与电阻R′_f的右端连接在一起，通过调节R′_f可统调各末级输出级的增益使它们跟踪一致。这样输出激励的路数可在单管末级输出级的基础上再成倍地增长，且各输出末级间相互隔离。

本发明引入的多管并行反馈并行末级分别激励输出的方法能充分利用各输出晶体管Q_3-1…Q_3-n的潜力，它比现有技术有更好的性能。首先，按现有技术采用更大功率的晶体管，难有宽频带的管子，且不易与其他电路一起集成，输出路数多了没有分组间的隔离，各路信号间的相互影响将增加；其次当采用多管并联作输出级时各晶体管间很难作到功率分配平衡，加入平衡电阻在同等供电电压条件下会降低输出信号的动态范围，额外增加无谓的功耗。

电路图图3是用两个图2所示电路组成的差分视频放大器，为了使两臂更加对称、平衡，把电路图2中的Re连接在电路图3两个Q₁的射极之间，作为差分视频放大器两臂的公共射极反馈电阻，并用晶体管Q₄、Q₅，电阻R_e4、R_e5、R_C5组成的镜象电流源分别接在两个Q₄的射极作为其射极的恒流偏置电路，使差分放大器更加对称，即使单边输入时也可获得平衡又对称的差分输出。

为简化电路，输入的直流恢复电路区被略去，单边输入时，用户可按输入信号的极性加入不同极性的直流恢复及偏置电路，当对动态范围不要求满幅应用，或放大非视频的对称信号时，输出工作点可偏置在输出动态范围的中心点，作一般的差分放大器用。

电路图4，是将电路图3中的一些电阻用电流源取代后的电路，这样的电路用一些电流源取代了部分电阻，使电源增加时电流变化范围变小，能减少部分功耗，恒流源也增加了阻抗，且更便于集成。

理论和实验证明，电路图2、图3、图4电路比现有同样功能的电路有更宽的动态范围，更好的通频带，只需更低的供电电压即可获得同样的输出幅度和更多的输出路数。电路图3、图4的电路的两臂同样可激励多路输出。电路图3、图4比现有的集成电路LM733.NE592的输入输出动态范围都宽得多，有更强的抗共模干扰的能力，更好的小增益频率稳定度和容性负载能力。

互补差分反馈型放大器：

电路图5是一个互补差分型反馈放大器，它用晶体管Q₆、Q₇组成的互补差分放大器来构成方框图1中的前置放大器，有利于用一般同极管型组成的差分放大器之处在于：此处的Q₆、Q₇是异极管型——Q₅为NPN管，Q₇为PNP管，其公共射极电流永远是相同的，公共射极至地的电阻或恒流源也不复存在了，且把一般并行式的差分放大器变成串接型了。差分放大器的两输入臂不是偏置在同一电平上，而是一个比另一个高两个EB结电压，这样信号输入处于较高电平的输入臂(Q_b的基极)，反馈输入则处于较低电平的输入臂——Q₇的基极，PNP晶体管Q₇的基极低达地电位甚至略低于地电位时，仍工作于线性区，因此我们有可能选择视频信号同步顶直流恢复的工作点使相应于同步顶输出的工作点接近地电平，这就克服了一般同极型差分放大器公共射极以下大部分动态范围无法利用的缺陷，使供电电压能得到充分的利用。

这电路除了R′_f一端是接地电位，前置放大器采用互补差分放大器外，其Q₂、Q_3-1…Q_3-n等电路的功能及特性与互补反馈型放大器图2完全一致，在此不作重述。

电路图5的输入动态范围为E-V_be2-V_be6-V_be7，也是很宽的。

两组电路图5电路在其晶体管Q₆、Q₇公共射极间用一反馈电阻连接起来也可拼成类似电路图3的差分输入平衡输出的放大器，同样用一些电流源取代一些电阻后也可获得类似电路图4的电路，它们的双臂都具有电路图5所示电路的特性。在晶体管Q₆、Q₇的公共射极中串入小电阻可提高输入阻抗，亦可将Q₆采用达灵顿(Darlington)连接式晶体管以提高输入阻抗。

运算放大器型电路：

电路图6用串接放大器Q₈、Q₉及其附属元件作框图1中的前置放大器3，电路图8则用晶体管Q₁₄、Q₁₅、Q₁₆及其相关元件作方框图中的前置放大器框图3，其余部分与前述同样标记的电路作用相同，以下我们只对不同的部分加以叙述。

在电路图6中，晶体管Q₈、Q₉组成一串接放大器，Q₈的射极是虚地点，也是运算放大器的信号相加点，作为电流源的Q₉集电极输出的信号电流大部分由R′_f、R_f1…R_fn供给，小部分通过Q₈的射极达Q₈的集电极并经晶体管Q₂、Q_3-1…Q_3-n等放大后输出。晶体管Q₈、Q₉、Q₂、Q_3-1…Q_3-n通过反馈网络R′_f、R_f1…R_fn，构成一闭环的运算放大器。在晶体管Q₉基极加入信号时，电路图8是一个同相放大器，当Q₆的基极不加入交流信号，并偏置于固定电平时，我们可在晶体管Q₈的射极这一虚地点，加入多个电流注入信号，此时放大器是一个相加或相减亦即代数相加放大器。当R′_f、R_f1等用电抗性元件或电流注入支路中也用电抗性元件，则此电路可用作微分或积分运算电路。在晶体管Q₈射极注入信号时，放大器变成反相型。

图6中的二极管D1用来补偿晶体管Q₈EB结的温度特性。

电路图8中晶体管Q₁₄组成前置放大框图3中的缓冲极，它把信号源与运算放大器的低输入阻抗间隔离开来。晶体管Q₁₅、Q₁₆组成一个单边输入的差分放大器，它一方面使运放虚地点——Q₁₅的基极有一个可按偏置需要而可调的参考电位——晶体管Q₁₅、Q₁₅的公共射极电位(这由电阻R′_b16和R″_b16来调节)，另一方面使虚地点(晶体管Q₁₅的基极)的注入电流变化能按要求的极性经晶体管Q₁₆转移至中间扩程放大器晶体管Q₂的基极，并通过晶体管Q₂去激励末级功率放大级Q_3-1…Q_3-n。

电阻R″_f与R′_f、R_f1…R_fn等共同决定各并列输出级的相应电压放大倍数。

由于电路图8是反相型运算放大器，当要求输出为正极性信号时，输入亦为反极性信号，因此直流恢复二极管D的极性反转，并需引入一个偏置电阻R_b14。

电路图6前置放大器部分的输入动态范围为E-V_be2-V_be8-V_be9，也是很宽的；电路图8输入电路的动态范围为供电电压E与晶体管Q₁₄的EB结电压之差E-V_be14，同样是很宽的，无疑它们也具有前述电路的重要特性。

电流输入型差分放大器：

电路图7和图10是电流输入型差分放大器。

电路图7中的共基放大器Q₁₀、Q₁₁与镜象电流源Q₁₂、Q₁₃及偏置电阻R′_b、R″_b，和其他相应的附属元件组成一电流差分输入推挽电流激励输出放大器。当无信号输入时，此电路是平衡的，晶体管Q₁₁的输出电流完全为晶体管Q₁₃吸收，向晶体管Q₈射极节点注入的电流亦为0，同样，当共模信号输入时，两臂也是平衡的，向晶体管Q₈射极节点注入的电流亦为0，因此这电路有极强的抗共模干扰的能力。视电路内部及外部参量的设计而定，它抗共模干扰的能力不仅可超出供电电源，而且在电路由单电源供电时，它也可以在正、负两个方向上超出供电电压若干倍，具体倍数由电路的设计参量来决定。因此这是一个很好的抗共模干扰的电路。

在两个输入臂上引入高频补偿网络还可以作视频线缆传输中信号的频率校正，因其在反馈环外，能作大的高频校正而不产生寄生振荡。

在电路图7中晶体管Q₈的射极电阻R_e8取代了相应于电路图6中的晶体管Q₉及其相伴的附属电路，并由晶体管Q₈的射极注入信号电流，因而晶体管Q₈、Q₂、Q_3-1…Q_3-n等组成了一具有多管并行反馈、并行末级分别激励的反极性型运算放大器。此输出部分具有前述同样电路的相同特性，在此不再赘述。

由晶体管Q₁₀、Q₁₁及Q₁₂、Q₁₃组成的电流差分输入推挽电流激励输出放大器中晶体管Q₁₀、Q₁₁为共基放大结构，它对输入和输出有良好的隔离作用，不易产生寄生耦合，因而电路不易振荡，稳定性好。由晶体管Q₁₂、Q₁₃组成的推挽电流激励放大部分，因其推挽作用而增加了电流放大和激励特性。分布参量对电流激励的影响小，因而可获得宽的通频带。

电路图7既可以双臂同时输入作差分电流输入放大器和抗强共模干扰的放大器，也可以单臂输入(输入可直流恢复以改变输出的同步顶直流工作点)，依输入臂之不同，既可以是同相放大器也可以是反相放大器。

电路图10也是一个差分电流输入放大器，与电路图7相比较，它的差分电流输入电路乃是将电路图7中的晶体管Q₁₀、Q₁₁短路掉，而仅留下了镜象电流源。这电路也是用单电源供电。

二极管Q₂₀的阳极和晶体管Q₂₁的集电极为镜象电流源的两个臂，它作为差分电流的输入臂，电阻R_C20和R_C21与输入的信号电流一起决定了能抗的最大共模干扰的量级，单电源供电时，两臂可以在正负两个方向上抑制超过电源数倍的共模干扰。电阻R_C20、R_C21与电阻(R′_f-R_f1)  …(R′_f+R_fn)，共同决定了电路的静态输出工作点。

晶体管Q₂₂及其集电极负载与晶体管Q_3-1…Q_3-n等共同组成一反极性的运算放大器，用晶体管Q₂₃、Q₂₄作成的镜象电流源作晶体管Q₂₂的集电极负载，目的在于提高其对并行末级输出的高电平激励能力。晶体管Q₂₂在这里起着方框图1中框图4中间扩程放大器的作用，其作用与前述各图中的Q₂是一致的，只是为了适应本电路的实际需要用NPN晶体管代换了其它图中的PNP晶体管而已。因此这种电路除其输入电路独具的特性外，其输出电路与前述各种电路有同样的性能。

电压输入性差分放大器：

电路图11是电压输入型差分放大器，与电路图7比较可以看出其放大部分是在图 电路的基础上增加了晶体管Q₂₈、Q₂₈及公共射极反馈电阻R，并适应本电路的需要简化了镜象电流源而成。此时差分输入电压由晶体管Q₂₈及Q₂₉的基极输入。它的抗共模干扰的动态范围为V_b28-V_be8-V_be30，提高V_b25值可以提高抗共模干扰的动态范围。这种放大器抗共模干扰的能力低于供电电压，要想提高抗共模干扰的能力，需提高供电电压及增加V_b25值。这种电路的抗共模干扰的能力并不如电路图7和图10那么强，但也比一般差分放大器强得多(例如现行的集成电路NE592，LM733等)。它适宜于电压差分输入的场合。

本电路前置放大部分晶体管Q₂₉、Q₃₁的推挽电流输出直接去激励虚地点晶体管Q₂₂的基极，在此只有电流的变化而无电压的变化，分布参量对频率的影响不大，故这类电路可获得宽的通频带。

本电路后续的中间扩程放大与末级输出放大部分与电路图10的完全一致，因而具有前述相同的特性，不再赘述。

电流输出型放大器：

电路图9是电流输出型放大器。众所周知，长距离信号传输时一般的干扰大都以电磁或电压的形式出现，电压传输时很容易受到这些干扰的影响，电流传输时这些干扰的影响将大为减少，因此采用电流输出型放大器作信号的长距离传输是很有必要的。

电路图9中前置放大部分是一个串接型放大器，它由Q₈、Q₉组成，与电路图6相似，但它没有加至Q₈射极虚地点的反馈。这里采用串接放大器是使晶体管Q₈处于共基结构，它除了有比其他结构更好的特性，更宽的通频带而外，还有级间的隔离作用，避免了输入输出间的寄生耦合，此输入电路也有很宽的线性动态范围。

晶体管Q₁₇作成射极跟随器，它有两种作用，一是用它的EB结补偿晶体管Q_18-1…Q_18-n的EB结压降，另一个是激励每组由晶体管Q_18-1、Q_18-1…Q_18-n，Q_19-n互补反馈对组成的等效晶体管电流源，这种等效的PNP晶体管电流源与一般的达灵顿(Darlington)晶体管接法相比，有更高的跟踪传输特性，更高的等效集电极输出阻抗，因此这种电路各路间的隔离，输出与输入间的隔离特别好，任何路不匹配而引起的反射，任何路的短路或开路都不会造成对其他路的不良影响。所有输出长时间短路也不会造成电路的损坏，因此可靠性高。

晶体管Q₁₈、Q₁₉组成的复合PNP晶体管有几百至几千的等效β值，因而每路输出的基极电流很小，于是一个射极输出器Q₁₇能激励几十甚至成百路输出。

电路图9的直流恢复电路部分可调节输出信号同步顶的直流输出电平，使电路在低供电电压下有宽的动态范围。

如果我们将两组电路图9中的Q₉基极连在一起，并偏置成恒流源，在两组电路的晶体管Q₈的射极之间接入一射极公共反馈电阻，并把两个Q₈的基极作为差分电压的输入端，则可构成一个差分电压输入差分电流输出的跨导式放大器，用它来激励平衡电线传输的信号，较之一般的电压平衡激励有更好的效果。

综上所述，本系列发明由于采用了直流恢复使视频信号的同步顶固定而减少了输入信号的动态范围，采用宽输入动态范围的前置放大器，宽动态范围的中间扩程放大器及宽动态范围的末级输出器，使所有电路都能在很低的电源电压下工作，这无疑使功耗与电压成平方关系地下降，当这些放大器用作分配放大器时，能使它们输出更多的路数，它们都采用了深度的负反馈，从而有宽的通频带，可适用于应用电视、广播电视、高清晰度电视及其他宽频带放大领域。它们都可以以两个相同的放大器按适当的方式组成差分电压或电流输入、输出的放大器，由于它们都有很宽的输入动态范围，当组成差分放大器时，也就有很宽的抗共模干扰能力，尤其是其中的电流输入型差分放大器，在用单电源供电时，可在正负两个方向上抗比供电电压还高出若干倍的共模干扰，这在强共模干扰信号中隔离弱信号是非常有用的。有些电路，因选择输入端的不同，既可以用作同相放大器，也可以用作反相放大器；由于它们中的电压输出放大器均有很深的电压负反馈，它们的输出阻抗趋于零，当用作多路输出分配器时，各路间的相互隔离都很好，不匹配引起的反射影响小；当电压输出型放大器中采用了多重并行反馈并行末级分别激励输出放大器时，可使已经很多输出路数的分配放大器的输出路数再成倍地增长，其中的电流输出型放大器除能输出很多路外，各路之间因其极高的输出阻抗而相互完全隔离，且即使多路或全部输出都短路时也无损于电路。这些电路既可以用分离元器件组成，也可以作成混合或标准的集成电路，由于其优异性能，可取代现有的某些集成电路和为集成电路家族添加新成员。

说明书附图中

图1是电路的总体方框图。

图2是互补反馈型放大器的电路图。

图3是二个用图2互补反馈型放大器成对组成的互补反馈型差分放大器的电路图。

图4是把图3电路改变得更适宜于集成电路形式的电路图。

图5是互补差分反馈型放大器的电路图。

图6是用串接型放大器作输入级(或电流源注入式)的运算型放大器电路图。

图7是电流输入型差分放大器的电路图。

图8是以差分放大器作电平及极性转换的反相型运算放大器的电路图。

图9是以串接放大器作输入，互补反馈等效PNP晶体管作输出的电流输出型(跨导型)放大器的电路图。

图10是以镜象电流源作差分电流输入运算放大器作输出的差分跨阻式放大器的电路图。

图11是以差分电压输入运算放大器输出的放大器电路图。

这些放大器中，电路图2、图5、图6、图8、图9都可以用作电压输入电压输出的视频分配放大器；用它们中的两个相同电路经适当配置可组成类似于电路图3、图4的差分电压输出的放大器，可用于一般需要差分电压输入和差分电压输出的地方，例如激励平衡传输线式的外接负载和接收平衡传输信号；电路图6、图8、图10还可作成运算放大器的形式。电路图7和图10，除可用作具有抗强共模干扰的放大器外，也可作成差分式或单臂式的运算放大器。电路图11可用作差分电压输入输出的放大器，譬如接收差模信号抑制共模信号，并激励平衡传输线方面的应用。电路图7、图10则用在从强共模干扰信号中取出弱差模信号并实现多路分配的场合；电路图9及由其组合而成差分电压输入，差分电流输出形式电路，可用作长距离电缆或平衡线传输的激励器和接收器。运算放大器型电路和电流输入型电路还可用作在环外进行高频校正的电路。

Claims (9)

1、一些多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器，其特征在于：首先通过直流恢复把视频信号的同步顶电平固定，使视频信号的动态范围限定为其最大的峰-峰值幅度，而不是它的2倍；其次，选用有宽动态范围的前置放大级，便于与前后电路接口；第3，选用有宽动态范围的中间扩程放大级以进一步扩展放大器的动态范围，增加对末级功率放大级的激励能力和以适当的极性把前置放大级和末级功率放大级连接起来；第4，选用动态范围宽的末级功率输出级，使具有宽的输出动态范围和功率激励能力；第5，引入多个与末级功率输出级完全相同的并行末级功率输出级以成倍地增加分配输出能力；第6，将多个末级功率输出级的输出采用并行反馈方式通过同一反馈网络反馈到前置放大级，使前置放大、中间扩程放大及多个并行的末级功率放大与反馈网络一起构成一个全环闭环的反馈放大器，以实现宽频带、宽动态范围、低供电电压、高激励能力和同步顶接近地电平的放大器；它能与数字电路的3.3伏或5伏的供电电压兼容，当3.3伏供电时，单个末级输出级可激励22路或更多路数的视频输出，5伏供电时能激励12路或更多路数的视频输出，当采用多个并行末级输出级时，其激励路数还可成倍地增长，远较现有电路的输出路数多；第7，所有电路都可单电源供电，其同步顶电平接近地电位，使它可以直接耦合输出，从而不引入低频失真；第8，所有单边输入型放大器都可以成对地组成差分输入平衡差分输出的放大器。

2、根据权利要求1所述的多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器，其直流恢复部分可以用电容器C、二极管D及偏直电压Eb组成；而Eb可用分压器、滤波电容及温度补偿元件等组成，其作用在于使信号的同步顶电平固定，并使输出的同步顶接近地电位。

3、根据权利要求1所述的多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器，其前置放大部分可以由射极有串联电流反馈的共发放大级——闭环后组成互补反馈放大器(图2)、互补差分放大级(图5)、串接放大级(图6-闭环后组成同相运放、图9)、射随加差分放大级(图8-闭环后组成反相运放)、具有镜象电流激励输出的电流差分放大级(图7)、镜象电流源(图10)、具有镜象电流激励的电压差分输入放大级(图11)中的任一个组成。

4、根据权利要求1所述的多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器，其中间扩程放大级除电流输出型放大器(图9)采用射极输出级而外，均采用无射极反馈电阻的共发放大级，它们都能实现减小对前置放大级的激励要求和提高对末级功率输出级的激励能力，并扩展了动态范围。

5、根据权利要求1所述的多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器，其中的未级功率输出级及并行末级功率输出级均采用相同的电路——包括射极跟随器及各种熟知的推挽输出电路，这些并行末级功率输出级通过并行反馈网络与前置放大级、中间扩程放大级一起构成闭环反馈放大器，并通过并行反馈网络来统调各并行末极输出级的增益，甚至频率响应——当反馈网络中引入频率补偿网络时。

6、根据权利要求1所述的多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器，其反馈网络除电流输出型放大器(图9)而外，均由Rf′与Rf1……Rfn及一些补偿元件等组成，它们由末级功率输出级及并行末级功率输出级并行反馈至前置放大级，并由Rf′统调增益；当运算放大器型用作微分或积分运算时，它们有可能是电阻、电感或电容。

7、根据权利要求1所述的多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器中的中间扩程放大器，在电流输出型放大器(图9)中用射极跟随器(Q17)取代了其余电路中的中间扩程放大级(Q2)；用由晶体管(Q18-1……Q18-n，Q19-1……Q19-n)成对组成的互补反馈型等效PNP晶体管作成具有等效射级反馈电阻的共发放大级，在等效晶体管的内部构成了环路反馈，它与其他电路的差别是其输出阻抗不是趋于0，而是趋于无穹大，它的输出是电流激励而不是电压激励，特别适用于激励长传输线负载，和多路分配的情况，用它成对组合成差分放大器时，特别适合于长的平衡传输线负载，这时各路输出间隔离良好，有负载短路的自保护能力。

8、根据权利要求1所述的多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器，其中单边输入的互补反馈型放大器(图2)可成对地组合成互补反馈差分型放大器(图3、图4)，互补反馈型差分放大器(图3)适宜于分离元器件、混合集成电路和集成电路形式，互补反馈差分型放大器(图4)则更适合于集成电路形式；同样，单边输入型互补差分放大器(图5)、运算放大型放大器(图6、图8)、电流输出型放大器(图9)等都可仿照互补反馈型放大器(图2)那样成对地组成类似于互补差分放大器(图3、图4)类型那样各自的差分型放大器，同样可由分离元器件组成，也可作成混合集成电路或集成电路；这些差分型放大器同样有宽频带、宽动态范围、高激励能力、单电源供电、低供电电压、宽抗共摸干扰的能力等优点。

9、按照权利要求1所述及的多功能宽动态范围高激励能力的视频放大器所提出的方法，或用箝位电路来取代权利要求2中的直流恢复级，或者取消直流恢复级；或用其他宽动态范围的前置放大级来取代权利要求3中所提及的一些前置放大级，或用其他宽动态范围的中间扩程放大级来取代权利要求4中的提及的一些扩程放大级，或用其他末级功率输出级来取代权利要求5中所提及的末级功率级，或用其他类型的反馈网络来取代权利要求6中所提及的一些反馈网络，再将它们合理地组合，还可开发出许多新型电路——即使在本发明中已提出的各种电路，再适当地重新组合也可获得一些新型电路，它们也可以作成许多不同的产品和用在不同的场合；例如：可以作成多种功能的视频分配放大器；视频电线电缆长距离传输用的发送器、中继器及接收器；码信号的场逆程插入器，以及作为单元电路也可用在其他设备中作视频或非视频(取消直流恢复电路)信号的放大和处理电路；特别是电流输入型差分放大器可以用来在强共模干扰信号中取出弱的差模信号，当宽频带时，它可以抗数倍于供电电压的共模信号；当信号频带很窄时，它甚至可抗数十倍于供电电压的共模信号，这在遥控遥测等领域中有它长足的用处；这些电路既可以用分离元器件组成，也可以作成混合集成电路或标准集成电路。

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