CN209448712U - 一种大功率线性高频放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率线性高频放大器，本实用新型通过运算放大器网络和反馈网络维持直流工作点和保证系统的稳定性，通过信号反向网络将产生的晶体管驱动信号反向，通过正半周信号放大器和负半周信号放大器将电压小信号放大到功率管工作时所需的电压信号范围，从而为电流放大电路提供驱动信号，通过输出推挽电路对电流进行放大，为负载提供充电电路和放电电路。本实用新型能够在相同性能的器件条件下，可以获得更快的充放电速度，并且能够满足频率范围为1K‑1MHz的小信号放大，输出功率最大为18W的要求。

Description

一种大功率线性高频放大器

技术领域

本实用新型属于信号处理领域，具体涉及一种大功率线性高频放大器。

背景技术

在变压器形变的微小信号的检测与放大过程中，需要保证输出的功率足够驱动带电工作的变压器同时还要求放大器对于较宽频带内的信号具有良好的线性放大作用，用以保证系统产生的小功率正弦参考信号通过功率放大器获得标准的大功率正弦参考信号驱动带电工作的变压器负载。

一般输出推挽结构在工作过程中，驱动推挽对的电路主要由放大管以及其偏置电路组成，此结构产生了几个主要问题：1.放大管一直处于工作状态，导致放大管发热严重并且整体功耗增加2.放大管工作状态下对推挽对充电过程中会有分流作用限制了对推挽对的充放电速度3.充放电速度慢导致整体闭环特性不稳定4.充放电过程中充电能力和放电能力的不匹配导致输出波形上升过程和下降过程的不对称，当这种不对称大到一定程度时，会导致输出波形会产生失真。5.当功率增大时，很难找到满足要求的放大管。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种大功率线性高频放大器，结构简单，性价比高，同时采用市场常见的分立器件进行组建。

为了达到上述目的，本实用新型包括接收输入信号的运算放大器网络，运算放大器网络的输出接入信号反向网络和负半周信号放大器，信号反向网络的输出接入正半周信号放大器，正半周信号放大器和负半周信号放大器均接入输出推挽电路，输出推挽电路输出的一部分交流信号通过反馈网络返回到运算放大器网络中。

运算放大器网络的电路结构如下：

包括输入信号和5V电源，5V电源通过分压电阻R60、分压电阻R63和分压电阻R66后与输入信号一同接入运算放大器A1的正向输入端，运算放大器A1的反向输入端接入反馈网络发送的反馈信号，运算放大器A1的输出端连接信号反向网络和负半周信号放大器。

信号反向网络的电路结构如下：

包括运算放大器A2，5V电源通过分压电阻R60和分压电阻R63后将2.5V参考电位送入电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接运算放大器A2的正向输入端，运算放大器A2的负向输入端接收运算放大器网络发送的信号，运算放大器A2的负向输入端与运算放大器网络间设置电阻R11，运算放大器A2的负向输入端与输出端并联电阻R12，运算放大器A2将信号反向输出至正半周信号放大器。

正半周信号放大器和负半周信号放大器的电路结构如下：

正半周信号放大器包括PNP型三极管Q5和NPN型三极管Q6，信号反向网络输出的信号通过电阻R15后发送至三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极连接电阻R13的一端和三极管Q5的基极，电阻R13的另一端连接电源，三极管Q6的发射极连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极接地，三极管Q6的基极连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地，三极管Q5的发射极连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接电源，三极管Q5的集电极发送输出信号通过电阻R9后送至输出推挽电路；

负半周信号放大器包括NPN型三极管Q9，三极管Q9的基极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接收运算放大器网络发送的负半周信号，三极管Q9的发射极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接二极管D3的正极，二极管D3的负极接地，三极管Q9的基极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，三极管Q9的集电极发送输出信号通过电阻R6后送至输出推挽电路。

三极管Q9的集电极连接电阻R59的一端，电阻R59的另一端连接二极管D15的负极，二极管D15的正极连接稳压二极管D13的正极，稳压二极管D13的负极连接三极管Q5的集电极。

输出推挽电路的电路结构如下：

包括PMOS管Q7和NMOS管Q8，PMOS管Q7的栅极输入正半周信号放大器发送的信号，NMOS管Q8的栅极输入负半周信号放大器发送的信号，PMOS管Q7的源极连接电源，PMOS管Q7的漏极作为输出端，NMOS管Q8的源极接地，NMOS管Q8的漏极作为输出端。

PMOS管Q7的栅极连接稳压二极管D4的负极，稳压二极管D4的正极连接PMOS管Q7的源极；

NMOS管Q8的栅极连接稳压二极管D5的正极，稳压二极管D5的负极连接NMOS管Q8的源极。

反馈网络包括连接输出推挽电路输出端的电容C34的一端和电阻R15的一端，电阻R15的另一端连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接电阻R17的一端，电阻R16的另一端和电容C34的另一端连接运算放大器网络，电阻R17的另一端接地。

与现有技术相比，本实用新型通过运算放大器网络和反馈网络维持直流工作点和保证系统的稳定性，通过信号反向网络将产生的晶体管驱动信号反向，通过正半周信号放大器和负半周信号放大器将电压小信号放大到功率管工作时所需的电压信号范围，从而为电流放大电路提供驱动信号，通过输出推挽电路对电流进行放大，为负载提供充电电路和放电电路。本实用新型能够在相同性能的器件条件下，可以获得更快的充放电速度，并且能够满足频率范围为1K-1MHz的小信号放大，输出功率最大为18W的要求。

进一步的，本实用新型正半周信号放大器和负半周信号放大器所采用的PNP型三极管Q5与NPN型三级管Q9为对称管，两器件提供的充放电电流能力相差很小，很好地消除了充放电能力不对称导致的失真问题。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见图1，本实用新型包括接收输入信号的运算放大器网络，运算放大器网络的输出接入信号反向网络和负半周信号放大器，信号反向网络的输出接入正半周信号放大器，正半周信号放大器和负半周信号放大器均接入输出推挽电路，输出推挽电路输出的一部分交流信号通过反馈网络返回到运算放大器网络中。

参见图2，运算放大器网络的电路结构如下：

包括输入信号和5V电源，5V电源通过分压电阻R60、分压电阻R63和分压电阻R66后与输入信号一同接入运算放大器A1的正向输入端，运算放大器A1的反向输入端接入反馈网络发送的反馈信号，运算放大器A1的输出端连接信号反向网络和负半周信号放大器。

信号反向网络的电路结构如下：

包括运算放大器A2，5V电源通过分压电阻R60和分压电阻R63后将2.5V参考电位送入电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接运算放大器A2的正向输入端，运算放大器A2的负向输入端接收运算放大器网络发送的信号，运算放大器A2的负向输入端与运算放大器网络间设置电阻R11，运算放大器A2的负向输入端与输出端并联电阻R12，运算放大器A2将信号反向输出至正半周信号放大器。

输入信号通过隔直电容C1和电容C2作用于运算放大器A1的反向输入端，其中，运算放大器A1的直流偏置由电阻R60、电阻R63和电阻R66串联分压5v电源提供，使用稳压二极管D1以及滤波电容C3维持运算放大器A2的偏置电压为2.5v，同时，需要调节电阻R3、电阻R4和电阻R5用以保证在运算放大器A1输出端为偏置点2.5v处时维持NPN型三级管Q9的微导通状态。同理，需要调节电阻R15、电阻R16和电阻R17使PNP型三级管Q6在运算放大器A2输出偏置电压2.5v时处于微导通状态。其中，二极管D2和二极管D3分别如图2所示的连接可以使得静态功耗降低，若采用电阻，则会导致输出级电阻变大，使得放电变慢。

正半周信号放大器和负半周信号放大器的电路结构如下：

正半周信号放大器包括PNP型三极管Q5和NPN型三极管Q6，信号反向网络输出的信号通过电阻R15后发送至三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极连接电阻R13的一端和三极管Q5的基极，电阻R13的另一端连接电源，三极管Q6的发射极连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极接地，三极管Q6的基极连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地，三极管Q5的发射极连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接电源，三极管Q5的集电极发送输出信号通过电阻R9后送至输出推挽电路；

负半周信号放大器包括NPN型三极管Q9，三极管Q9的基极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接收运算放大器网络发送的负半周信号，三极管Q9的发射极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接二极管D3的正极，二极管D3的负极接地，三极管Q9的基极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，三极管Q9的集电极发送输出信号通过电阻R6后送至输出推挽电路。

三极管Q9的集电极连接电阻R59的一端，电阻R59的另一端连接二极管D15的负极，二极管D15的正极连接稳压二极管D13的正极，稳压二极管D13的负极连接三极管Q5的集电极。

信号放大电路主要包括为后级提供充电部分和放电部分，充电部分由输入信号的反向部分与PNP型三级管Q5控制，其中NPN型三级管Q6将小信号放大产生PNP型三级管Q5的驱动信号，用以为后级电路实现充电过程。放电部分直接由运算放大器A1的信号驱动NPN型三级管Q9，NPN型三级管Q9放大小信号并开启使后级电路输入端放电。其中采用NPN型三级管Q9与NPN型三级管Q6同时互补驱动可以降低损耗，同时使得充放电能力相同，可以消除由于充放电能力的不对称造成波形失真。其中输出端包括了稳压二极管D13、二极管D15和电阻R59，这三个器件一起与PNP型三级管Q5静态电流形成使后一级推挽电路处于微导通的电压，用以保证输出没有交越失真，同时，过大的电压将会导致功耗的急剧增加，过小的电压将导致交越失真。

输出推挽电路的电路结构如下：

包括PMOS管Q7和NMOS管Q8，PMOS管Q7的栅极输入正半周信号放大器发送的信号，NMOS管Q8的栅极输入负半周信号放大器发送的信号，PMOS管Q7的源极连接电源，PMOS管Q7的漏极作为输出端，NMOS管Q8的源极接地，NMOS管Q8的漏极作为输出端。

PMOS管Q7的栅极连接稳压二极管D4的负极，稳压二极管D4的正极连接PMOS管Q7的源极；

NMOS管Q8的栅极连接稳压二极管D5的正极，稳压二极管D5的负极连接NMOS管Q8的源极。

电流放大部分为两个对称MOS管组成的互补推挽电路，当正半周信号输入时PMOS管Q7导通，NMOS管Q8截止此时电源通过PMOS管Q7给输出端充电，输出信号与输入同向。当负半周信号输入时NMOS管Q8导通，PMOS管Q7截止，输出端通过PMOS管Q7放电。输出信号通过隔直电容将交流信号输出。

反馈网络包括连接输出推挽电路输出端的电容C34的一端和电阻R15的一端，电阻R15的另一端连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接电阻R17的一端，电阻R16的另一端和电容C34的另一端连接运算放大器网络，电阻R17的另一端接地。

反馈网络的参数决定了整体系统的放大倍数，另外，需要根据具体的电路调节电容C34，此电容防止系统自激震荡，可选取容值从小到大的方式进行调节，直到系统稳定为止。同时，需注意反馈端接至放大器运算放大器A1的同向端，在经过了NPN型三级管Q9的反向后，输出信号与原有信号已反向，故反馈接至运算放大器A1同向端构成负反馈网络。

Claims (8)

1.一种大功率线性高频放大器，其特征在于，包括接收输入信号的运算放大器网络，运算放大器网络的输出接入信号反向网络和负半周信号放大器，信号反向网络的输出接入正半周信号放大器，正半周信号放大器和负半周信号放大器均接入输出推挽电路，输出推挽电路输出的一部分交流信号通过反馈网络返回到运算放大器网络中。

2.根据权利要求1所述的一种大功率线性高频放大器，其特征在于，运算放大器网络的电路结构如下：

包括输入信号和5V电源，5V电源通过分压电阻R60、分压电阻R63和分压电阻R66后与输入信号一同接入运算放大器A1的正向输入端，运算放大器A1的反向输入端接入反馈网络发送的反馈信号，运算放大器A1的输出端连接信号反向网络和负半周信号放大器。

3.根据权利要求1所述的一种大功率线性高频放大器，其特征在于，信号反向网络的电路结构如下：

包括运算放大器A2，5V电源通过分压电阻R60和分压电阻R63后将2.5V参考电位送入电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接运算放大器A2的正向输入端，运算放大器A2的负向输入端接收运算放大器网络发送的信号，运算放大器A2的负向输入端与运算放大器网络间设置电阻R11，运算放大器A2的负向输入端与输出端并联电阻R12，运算放大器A2将信号反向输出至正半周信号放大器。

4.根据权利要求1所述的一种大功率线性高频放大器，其特征在于，正半周信号放大器和负半周信号放大器的电路结构如下：

正半周信号放大器包括PNP型三极管Q5和NPN型三极管Q6，信号反向网络输出的信号通过电阻R15后发送至三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极连接电阻R13的一端和三极管Q5的基极，电阻R13的另一端连接电源，三极管Q6的发射极连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极接地，三极管Q6的基极连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地，三极管Q5的发射极连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接电源，三极管Q5的集电极发送输出信号通过电阻R9后送至输出推挽电路；

负半周信号放大器包括NPN型三极管Q9，三极管Q9的基极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接收运算放大器网络发送的负半周信号，三极管Q9的发射极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接二极管D3的正极，二极管D3的负极接地，三极管Q9的基极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，三极管Q9的集电极发送输出信号通过电阻R6后送至输出推挽电路。

5.根据权利要求4所述的一种大功率线性高频放大器，其特征在于，三极管Q9的集电极连接电阻R59的一端，电阻R59的另一端连接二极管D15的负极，二极管D15的正极连接稳压二极管D13的正极，稳压二极管D13的负极连接三极管Q5的集电极。

6.根据权利要求1所述的一种大功率线性高频放大器，其特征在于，输出推挽电路的电路结构如下：

包括PMOS管Q7和NMOS管Q8，PMOS管Q7的栅极输入正半周信号放大器发送的信号，NMOS管Q8的栅极输入负半周信号放大器发送的信号，PMOS管Q7的源极连接电源，PMOS管Q7的漏极作为输出端，NMOS管Q8的源极接地，NMOS管Q8的漏极作为输出端。

7.根据权利要求6所述的一种大功率线性高频放大器，其特征在于，PMOS管Q7的栅极连接稳压二极管D4的负极，稳压二极管D4的正极连接PMOS管Q7的源极；

NMOS管Q8的栅极连接稳压二极管D5的正极，稳压二极管D5的负极连接NMOS管Q8的源极。

8.根据权利要求1所述的一种大功率线性高频放大器，其特征在于，反馈网络包括连接输出推挽电路输出端的电容C34的一端和电阻R15的一端，电阻R15的另一端连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接电阻R17的一端，电阻R16的另一端和电容C34的另一端连接运算放大器网络，电阻R17的另一端接地。