CN209767484U - 一种快速高频电压放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速高频电压放大器，该放大器主要包括电压隔离模块、信号运算模块、信号放大模块和电源模块，其中，信号运算模块实现对输入信号的计算及整定，可以对各种输入电压信号进行运算；电压隔离模块主要实现输入及输出之间的电压隔离，通过该模块可以实现输入输出隔离电压3000Vdc，能够满足绝大部分工业场所的需要；信号放大模块对经过信号运算模块计算后的信号进行转换，实现信号放大的功能。通过该放大器能够实现±13V内，任意电压信号的放大处理，并对信号的电流基本没有要求，且经过放大后的信号可以直接驱动电机，该放大器特别适用于强电磁干扰环境，避免了小信号容易受电磁干扰的缺点。

Description

一种快速高频电压放大器

技术领域

本实用新型涉及信号放大器件技术领域，更具体的说是涉及一种快速高频电压放大器。

背景技术

目前，信号放大器作为一种常见的电子器件，通常用以放大输入信号以获得具有所要信号电平的输出信号，现有的信号放大器正面临着对于应用场景、信号带宽以及电压和电流等级的应用考验。以电压放大器为例，由于小信号易受电磁干扰的原因，现有的电压放大器在强电磁干扰环境中一直未得到很好的应用。

因此，如何提供一种抗电磁干扰能力强、高宽带、高电压的电压放大器是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种快速高频电压放大器，该放大器特别适用于强电磁干扰环境，克服了小信号容易受电磁干扰的缺点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种快速高频电压放大器，包括信号运算模块、电压隔离模块、信号放大模块和电源模块，所述信号运算模块与所述电压隔离模块的输入端电连接，所述电压隔离模块的输出端与所述信号放大模块电连接，所述电源模块用于为所述信号运算模块、电压隔离模块和信号放大模块供电；

所述信号运算模块用于对输入的电压信号进行运算和整定，所述电压隔离模块用于将其输入端的信号和输出端的信号进行电压隔离，所述信号放大模块用于将所述电压隔离模块输出的电压信号进行放大。

进一步，所述电源模块包括一路+311V直流电压源和两路±15V直流电压源，所述+311V直流电压源与所述信号放大模块连接，两路所述±15V直流电压源分别与所述信号运算模块和电压隔离模块连接。

进一步，所述信号运算模块包括电压跟随输入单元和电压补偿单元，所述电压跟随输入单元用于将±16V输入电压信号通过精密电阻分压转换成一个±4V的电压跟随信号，所述电压补偿单元用于将±4V的电压跟随信号转换成0～8V的电压信号。

进一步，所述电压跟随输入单元包括第一运算放大器U1及与其连接的电阻R1和电阻R2，所述±16V输入电压信号通过电阻R1输入，所述电阻R1与第一运算放大器U1的反相输入端连接，所述第一运算放大器U1的同相输入端接地，所述第一运算放大器U1的反相输入端还通过电阻R2与其输出端连接。

进一步，所述电压补偿单元包括第二运算放大器U2及与其连接的滑动变阻器R3，所述第一运算放大器U1的输出端与所述第二运算放大器U2的同相输入端连接，所述第二运算放大器U2的反相输入端与滑动变阻器R3连接，所述第二运算放大器U2的输出端与所述电压隔离模块的输入端连接。

进一步，所述信号放大模块包括高压大功率运算放大器PA85及与其连接的电阻R4和电阻R5，所述高压大功率运算放大器PA85的同相输入端与所述电压隔离模块的输出端连接，其反相输入端通过R4接地，其反相输入端还通过电阻R5与其输出端连接。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种快速高频电压放大器，该放大器主要包括电压隔离模块、信号运算模块、信号放大模块和电源模块，其中信号运算模块实现对输入信号的计算及整定，可以对各种输入电压信号进行运算；电压隔离模块主要实现输入及输出之间的电压隔离，通过该模块可以实现输入输出隔离电压3000Vdc，能够满足绝大部分工业场所的需要；信号放大模块实现对经过运算模块计算后的信号进行转换，实现信号放大的功能。通过该放大器能够实现±13V内，任意电压信号的放大处理，并对信号的电流基本没有要求，且经过放大后的信号可以直接驱动电机，该放大器特别适用于强电磁干扰环境，避免了小信号容易受电磁干扰的缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的一种快速高频电压放大器的模块组成结构示意图；

图2附图为本实用新型提供的一种快速高频电压放大器的电路原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见附图1，本实用新型实施例公开了一种快速高频电压放大器，包括信号运算模块1、电压隔离模块2、信号放大模块3和电源模块4，信号运算模块1与电压隔离模块2的输入端电连接，电压隔离模块2的输出端与信号放大模块3电连接，电源模块4用于为信号运算模块1、电压隔离模块2和信号放大模块3供电；

信号运算模块1用于对输入的电压信号进行运算和整定，电压隔离模块2用于将其输入端的信号和输出端的信号进行电压隔离，信号放大模块3用于将电压隔离模块2输出的电压信号进行放大。

参见附图2，在一个具体的实施例中，电源模块4包括一路+311V直流电压源和两路±15V直流电压源，+311V直流电压源与信号放大模块3连接，两路±15V直流电压源分别与信号运算模块1和电压隔离2模块连接。

在一个具体的实施例中，信号运算模块1包括电压跟随输入单元11和电压补偿单元12，电压跟随输入单元11用于将±16V输入电压信号通过精密电阻分压转换成一个±4V的电压跟随信号，电压补偿单元12用于将±4V的电压跟随信号转换成0～8V的电压信号。

在一个具体的实施例中，电压跟随输入单元11包括第一运算放大器U1及与其连接的电阻R1和电阻R2，±16V输入电压信号通过精密电阻R1输入，精密电阻R1与第一运算放大器U1的反相输入端连接，第一运算放大器U1的同相输入端接地，第一运算放大器U1的反相输入端还通过电阻R2与其输出端连接。根据实际信号输入需求，电压跟随输入单元11可以将输入信号进行电压幅值变换跟随。

在一个具体的实施例中，电压补偿单元12包括第二运算放大器U2及与其连接的滑动变阻器R3，第一运算放大器U1的输出端与第二运算放大器U2的同相输入端连接，第二运算放大器U2的反相输入端与滑动变阻器R3连接，第二运算放大器U2的输出端与电压隔离模块2的输入端连接。电压补偿单元12可以将给定信号进行变换补偿，实现电压范围的协同。

具体地，电压隔离模块2为ISO124隔离芯片，电压隔离模块2可以将输入信号的弱电压与输出信号的强电压完全隔离，保证信号安全可靠。

在一个具体的实施例中，信号放大模块3包括高压大功率运算放大器PA85及与其连接的电阻R4和电阻R5，高压大功率运算放大器PA85的同相输入端与电压隔离模块的输出端连接，其反相输入端通过R4接地，其反相输入端还通过电阻R5与其输出端连接。信号放大模块3可以将信号输入转换成相应要求比例放大。

具体地，第一运算放大器U1和第二运算放大器U2均采用型号为OP07的超低频失调电压双路运算放大器。OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性(双电源供电)运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压(对于OP07A最大为25μV)，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低(OP07A为±2nA)和开环增益高(对于OP07A为300V/mV)的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。

该芯片的特点：超低偏移：150μV最大；低输入偏置电流：1.8nA；低失调电压漂移：0.5μV/℃；超稳定时间：2μV/month；最大高电源电压范围：±3V至±22V。

综上所述，本实用新型实施例公开提供了一种快速高频电压放大器，该放大器基于模拟放大芯片PA85，搭建其相关外围电路实现±16V电压到0～120V电压的线性变换。本实施例方案通过设计、仿真以及实际验证可以实现电压在相应频带范围的电压的线性放大，该方案简单高效，对于一些输入小信号而输出大电压的控制场合十分受用，因此具有很好的应用前景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种快速高频电压放大器，其特征在于，包括信号运算模块、电压隔离模块、信号放大模块和电源模块，所述信号运算模块与所述电压隔离模块的输入端电连接，所述电压隔离模块的输出端与所述信号放大模块电连接，所述电源模块用于为所述信号运算模块、电压隔离模块和信号放大模块供电；

所述信号运算模块用于对输入的电压信号进行运算和整定，所述电压隔离模块用于将其输入端的信号和输出端的信号进行电压隔离，所述信号放大模块用于将所述电压隔离模块输出的电压信号进行放大。

2.根据权利要求1所述的一种快速高频电压放大器，其特征在于，所述电源模块包括一路+311V直流电压源和两路±15V直流电压源，所述+311V直流电压源与所述信号放大模块连接，两路所述±15V直流电压源分别与所述信号运算模块和电压隔离模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种快速高频电压放大器，其特征在于，所述信号运算模块包括电压跟随输入单元和电压补偿单元，所述电压跟随输入单元用于将±16V输入电压信号通过精密电阻分压转换成一个±4V的电压跟随信号，所述电压补偿单元用于将±4V的电压跟随信号转换成0～8V的电压信号。

4.根据权利要求3所述的一种快速高频电压放大器，其特征在于，所述电压跟随输入单元包括第一运算放大器U1及与其连接的电阻R1和电阻R2，所述±16V输入电压信号通过电阻R1输入，所述电阻R1与第一运算放大器U1的反相输入端连接，所述第一运算放大器U1的同相输入端接地，所述第一运算放大器U1的反相输入端还通过电阻R2与其输出端连接。

5.根据权利要求4所述的一种快速高频电压放大器，其特征在于，所述电压补偿单元包括第二运算放大器U2及与其连接的滑动变阻器R3，所述第一运算放大器U1的输出端与所述第二运算放大器U2的同相输入端连接，所述第二运算放大器U2的反相输入端与滑动变阻器R3连接，所述第二运算放大器U2的输出端与所述电压隔离模块的输入端连接。

6.根据权利要求1所述的一种快速高频电压放大器，其特征在于，所述信号放大模块包括高压大功率运算放大器PA85及与其连接的电阻R4和电阻R5，所述高压大功率运算放大器PA85的同相输入端与所述电压隔离模块的输出端连接，其反相输入端通过R4接地，其反相输入端还通过电阻R5与其输出端连接。