CN201667639U - 增益可调放大电路及集成电路 - Google Patents

Abstract

一种增益可变放大电路，包括第一反馈放大电路和第二反馈放大电路，第一反馈放大电路包括第一三极管V1和第二三极管V2，第二反馈放大电路包括第三三极管V3和第四三极管V4，第一反馈放大电路的输入端连接控制信号的输出端，所述第一三极管V1的输出与第三三极管V3的基极相连，所述第二三极管V2的输出与第三三极管V3的发射极相连，所述第三三极管V3的集电极与第四三极管V4的基极相连，所述的第四三极管V4连接有偏置电路；本实用新型还涉及一种集成电路，可对音视频输出信号进行放大处理并实现增益可调。

Description

增益可调放大电路及集成电路 

技术领域

本实用新型涉及一种增益可调放大电路，尤其涉及一种适用于音视频及相关信号中增益可调节的放大电路，本实用新型还揭示了一种相应的集成电路。 

背景技术

电视机、DVD、机顶盒等多媒体设备终端中，都涉及到音频信号输出、视频信号输出与运算，而放大电路是硬件设计中必不可少的常用工具之一。由于多媒体终端中声音、画面信号的变化频繁，而且如果收到外界干扰，比如手机信号的干扰、电脑的干扰等，都会导致信号的输出幅度产生变化。 

而现有的视频放大电路，一般都是增益不可变的，也即一但放大电路的各元器件参数确定后，放大电路的增益也就相应确定了，无法进行调节。因此一旦遇到输入信号幅度变化，而要求输出增益不变的情况时就无法满足需求。 

在中国专利ZL 200810004875.3，名称为“可变增益放大电路、接收器以及接收器集成电路”的专利中，揭示了一种可变增益放大电路，其中第一和第二MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的源极被连接到与电流源连接的公共连接点。输入信号被提供给第一和第二MOSFET的栅极。所述第一和第二MOSFET的漏极分别连接到第三和第四MOSFET的源极，而第三和第四MOSFET的漏极分别连接到两输出端，增益控制电压被提供给所述第三和第四MOSFET的栅极。当执行控制以便降低提供给所述第三和第四MOSFET的所述栅极的所述增益控制电压时，还执行其它控制，以便提高施加到所述第一和第二MOSFET的所述栅极的偏置电压。 

实用新型内容

本实用新型的另一个目的是提供一种视频设备无线音频系统，可以实现在通用视频设备上进行灵活配置。 

本实用新型的技术方案是，一种增益可变放大电路，包括第一反馈放大电路和第二反馈放大电路，第一反馈放大电路包括第一三极管V1和第二三极管V2，第二反馈放大电路包括第三三极管V 3和第四三极管V4，其特征在于，第一反馈放大电路的输入端连接控制信号的输出端，所述第一三极管V1的输出与第三三极管V3的基极相连，所述第二三极管V2的输出与第三三极管V3的发射极相连，所述第三三极管V3的集电极与第四三极管V4的基极相连，所述的第四三极管V4连接有偏置电路。 

作为本发明一个优选实施例，所述的控制信号分为低电平和高电平两种，在控制信号的切换过程中，放大电路的增益发生变化。 

作为本发明一个优选实施例，所述的第三三极管V3基极通过第一电容CE1与信号输入相连接。 

作为本发明一个优选实施例，所述的偏置电路包括第二电容C1、第一电感L94和双向稳压管Z1。 

作为本发明一个优选实施例，所述的放大电路还包括第二电阻R2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，分别与第一反馈电路相连接。 

作为本发明一个优选实施例，当所述的控制信号为低电平时，所述的增益可变放大电路的增益为A0＝(R6+R7)/R8。 

作为本发明一个优选实施例，当所述的控制信号为高电平时，所述增益可变放大电路的增益为A1＝(Re+R7)/R8，其中Re＝R2*R6/R2+R6。 

本实用新型的另一目的在于提供一种集成电路，用于对音视频等信号进行放大处理，并实现增益可调。 

一种集成电路，包括第一反馈放大电路和第二反馈放大电路，第一反馈放大电路包括第一三极管和第二三极管，第二反馈放大电路包括第三三极管和第四三极管，第一反馈放大电路的输入端连接控制信号的输出端，所述第一三极管的输出与第三三极管的基极相连，所述第二三极管的输出与第三三极管的发射极相连，所述第三三极管的集电极与第四三极管的基极相连，所述的第四三极管连接有偏置电路。 

作为本发明一个优选实施例，所述的控制信号分为低电平和高电平两种，在控制信号的切换过程中，放大电路的增益发生变化。 

作为本发明一个优选实施例，所述的第三三极管V3基极通过第一电容CE1与信号输入相连接。 

作为本发明一个优选实施例，所述的偏置电路包括第二电容C1、第一电感L94和双向稳压管Z1。 

作为本发明一个优选实施例，所述的放大电路还包括第二电阻R2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，分别与第一反馈电路相连接；当所述的控制信号为低电平时，所述的增益可变放大电路的增益为A0＝(R6+R7)/R8；当所述的控制信号为高电平时所述增益可变放大电路的增益为A1＝(Re+R7)/R8，其中Re＝R2*R6/R2+R6。 

本实用新型利用控制信号GPIO对放大电路的放大倍数进行控制，形成增益可变简易放大电路；该电路可进行音频信号、视频信号及其它信号的放大；可用于电视、DVD等有Video、Audio信号输出的设备、信号发生器、医疗仪器，并且低成本、易实现、占用系统资源少、参数配置灵活。 

附图说明

附图1为本实用新型较佳实施例的原理框图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。 

本实用新型可以用于电视机或者机顶盒等设备的音视频输出控制中，也可用于其它视频设备系统以及具有视频设备功能的多媒体显示终端网络或者类似产品。本实用新型实施例中，以电视机的视频信号放大输出为例来进行示意性说明，但本实用新型并不限于此。 

如图1所示，在本实用新型电路原理图中，分别设置有第一反馈电路和第二反馈电路，第一反馈电路包含第一三极管V1和第二三极管V2，第二反馈电路包含第三三极管V3和第四三极管V4，控制信号GPIO通过电阻R1和R3分别于第二三极管V2和第一三极管V1的基极相连接，在第一反馈电路和第二反馈电路中，均接入有偏置电路。 

如图1所示，电阻R2、R4、R5、R6、R7、R8分别与第一反馈电路相连接，此外电阻R9和R10与第三三极管V3和第四三极管V4相连接，隔直电容CE1与第三三极管V3的基极相连，第四三极管V4与第二电容C1、电感L94及双向稳压管Z1连接，双向稳压管Z1的一端接地，另一端输出信号；第二电容C1的一端接地，电感L94的一端接电源。 

通常把从三极管基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。 

三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。 

如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U＝R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 

三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因，首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往 远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。 

如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，偏置电阻是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 

因为受到电阻的限制(电阻是固定值，那么最大电流为U/R，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β＞Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开；当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 

原理分析：该电路的是在经典的负反馈放大电路(V1、V2)，增加了两个三级管(V3、V4)以及一个控制信号(GPIO)，使得该电路的功能大大加强，控制更为灵活 

从图1中我们可以很容易读到信号的流向：CVBS_OUT经电容CE1隔直耦合输入到V3的基极，经过V3、V4组成的放大电路(负反馈放大电路)放大，后经经耦合电阻R8耦合后给后端的电路，或是直接给外接端子输出或是输给后继电路；其中C1、L94、Z1分别用于电源的滤波、电源的隔离、静电放电(ESD)保护，可根据系统实际电源分配情况以及电路的使用位置酌情添加。 

当控制信号GPIO为低电平(低于0.7V)时，V3、V4两个三极管都工作在截至区，该电路可视为是V1、V2组成的一个负反馈放大电路该电路的增益为：A0＝(R6+R7)/R8。 

可根据电路的实际使用环境以及电源的大小调整R6、R7、R8来实现想要的放大增益(注意输出电流大小是否能满足你的实际需要)。 

当GPIO为高电平(高于0.7V)时V3、V4两个三极管都工作在饱和区集电极B和发射极E之间的压降约为0.2V，可视为短路，此时V3基极的分压电阻R5实际应为R5、R4并联后的等效电路即RB＝R5*R4/R5+R4；电路放大增益：A0＝(R6+R7)/R8中的R6的值是R2、R6并联和的等效值即：Re＝R2*R6/R2+R6；此时A1＝(Re+R7)/R8；可根据实际需要的放大倍数调整个相关的阻值。 

从上述可以看出，电路中所有器件的值都确定下来后只要改变GPIO的状态就可以改变电路的放大倍数，放大电路的真值表如下： 

GPIO	0	1
			A	A0＝(R6+R7)/R8	A1＝(Re+R7)/R8  Re＝R2*R6/R2+R6

当用作电视机AV_OUT的放大电路时，针对我国部分地区需要用AV_OUT来作为机顶盒的解码的参考信号。 

需要调整AV_OUT的幅度时，可将GPIO开放到工程菜单里，让售后服务人员根据实际需要给客户进行调整，而不必再进行软件升级或硬件电路做改进。 

本实用新型利用GPIO对电路的放大倍数进行控制，形成增益可变简易放大电路；该电路可进行，音频信号、视频信号及其它信号的放大；可用于电视、DVD等有Video、Audio信号输出的设备、信号发生器、医疗仪器等等，并且整个电路低成本、易实现、占用系统资源少、参数配置灵活。 

此外，本实用新型还揭示了一种集成电路，可以讲上述放大电路经过封装后制成通用化和产业化的集成电路，或者与其他运放电路共同组成集成电路，本实用新型对此不再详细阐述。 

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。 

Claims (10)

1.一种增益可变放大电路，包括第一反馈放大电路和第二反馈放大电路，第一反馈放大电路包括第一三极管V1和第二三极管V2，第二反馈放大电路包括第三三极管V3和第四三极管V4，其特征在于，第一反馈放大电路的输入端连接控制信号的输出端，所述第一三极管V1的输出与第三三极管V3的基极相连，所述第二三极管V2的输出与第三三极管V3的发射极相连，所述第三三极管V3的集电极与第四三极管V4的基极相连，所述的第四三极管V4连接有偏置电路。

2.根据权利要求1所述的增益可变放大电路，其特征在于，所述的控制信号分为低电平和高电平两种，在控制信号的切换过程中，放大电路的增益发生变化。

3.根据权利要求2所述的增益可变放大电路，其特征在于，所述的第三三极管V3基极通过第一电容CE1与信号输入相连接。

4.根据权利要求2所述的增益可变放大电路，其特征在于，所述的偏置电路包括第二电容C1、第一电感L94和双向稳压管Z1。

5.根据权利要求2所述的增益可变放大电路，其特征在于，所述的放大电路还包括第二电阻R2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，分别与第一反馈电路相连接。

6.根据权利要求5所述的增益可变放大电路，其特征在于，当所述的控制信号为低电平时，所述的增益可变放大电路的增益为A0＝(R6+R7)/R8。

7.根据权利要求5所述的增益可变放大电路，其特征在于，当所述的控制信号为高电平时，所述增益可变放大电路的增益为A1＝(Re+R7)/R8，其中Re＝R2*R6/R2+R6。

8.一种集成电路，包括第一反馈放大电路和第二反馈放大电路，第一反馈放大电路包括第一三极管和第二三极管，第二反馈放大电路包括第三三极管和第四三极管，其特征在于，第一反馈放大电路的输入端连接控制信号的输出端，所述第一三极管的输出与第三三极管的基极相连，所述第二三极管的输出与第三三极管的发射极相连，所述第三三极管的集电极与第四三极管的基极相连，所述的第四三极管连接有偏置电路。 

9.根据权利要求8所述的集成电路，其特征在于，所述的控制信号分为低电平和高电平两种，在控制信号的切换过程中，放大电路的增益发生变化。

10.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，所述的放大电路还包括第二电阻R2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，分别与第一反馈电路相连接；当所述的控制信号为低电平时，所述的增益可变放大电路的增益为A0＝(R6+R7)/R8；当所述的控制信号为高电平时，所述增益可变放大电路的增益为A1＝(Re+R7)/R8，其中Re＝R2*R6/R2+R6。 

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