CN217546005U - 一种功率放大器增益控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种功率放大器增益控制电路，包括:信号输入单元、增益控制单元、功率放大器、继电器控制单元、MCU控制单元和时序逻辑单元；信号输入单元的输入端连接输入信号，输出端与增益控制单元电性连接；增益控制单元电性连接MCU控制单元、时序逻辑单元和功率放大器；功率放大器电性连接继电器控制单元；继电器控制单元电性连接信号输出；继电器控制单元与时序逻辑单元电性连接；时序逻辑单元与MCU控制单元电性连接。本实用新型运用乘法器原理，增益直流信号与输入信号相乘得到一个波形与输入信号形同的输出信号，通过控制增益直流信号的大小进而对输出信号进行高精度的控制，可实现任意信号的增益控制。

Description

一种功率放大器增益控制电路

技术领域

本实用新型实施例涉及增益控制电路，尤其涉及一种功率放大器增益控制电路。

背景技术

随着工业自动化的飞速发展，功率放大器的使用得到了普及，功率放大器通常都有多种增益模式，如高增益/低增益两种模式，或者高增益/中增益/低增益三种模式。目前的功率放大器的增益普遍存在高增益和低增益落差不大的问题，增益精度低且不能直观反映控制增益幅度，带来了诸多的不便，大大限制了功率放大器的进一步使用。为此，设计一种增益幅度大，精度高，便于控制调节的功率放大器增益控制电路成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型实施例提供一种功率放大器增益控制电路，通过增益控制单元，实现任意信号的增益控制，并能将增益转换成电压信号，从而使增益控制达到幅度大、精度高、可视化和可编程控制的效果。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

本实用新型提供了一种功率放大器增益控制电路，包括:信号输入单元、增益控制单元、功率放大器、继电器控制单元、MCU控制单元和时序逻辑单元；所述信号输入单元的输入端连接输入信号，输出端与所述增益控制单元电性连接；所述增益控制单元电性连接所述MCU控制单元、所述时序逻辑单元和所述功率放大器；所述功率放大器电性连接所述继电器控制单元；所述继电器控制单元电性连接信号输出；所述继电器控制单元与所述时序逻辑单元电性连接；所述时序逻辑单元与所述MCU控制单元电性连接；所述增益控制单元用于实现将输入信号进行增益；所述MCU控制单元输出模拟信号控制增益的大小；所述功率放大器用于对增益控制单元输出的信号进行放大；所述继电器控制单元通过所述时序逻辑单元可实现保护所述功率放大器和防止所述功率放大器机械抖动。

在本实用新型中，作为一种可选的实施例，所述增益控制单元包括四象限模拟乘法器U2、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R18；所述电阻 R11一端接地，其另一端与所述四象限模拟乘法器U2的引脚2连接；所述四象限模拟乘法器U2的引脚1与所述信号输入单元电性连接；所述四象限模拟乘法器U2的引脚3与所述电容C3的一端、所述电阻R12的一端连接；所述电容 C3的另一端接地；所述电阻R12的另一端接-15V电压；所述四象限模拟乘法器 U2的引脚4与所述电阻R17的一端连接；所述电阻R17的另一端接地；所述四象限模拟乘法器U2的引脚5与所述电阻R18的一端、所述电阻R16的一端连接；所述电阻R18的另一端接地；所述电阻R16的另一端与所述功率放大单元电性连接；所述四象限模拟乘法器U2的引脚6与所述电容C4的一端、所述电阻R13的一端连接；所述电容C4的另一端接地；所述电阻R13的另一端接+15V 电压；所述四象限模拟乘法器U2的引脚7与所述电容C5的一端、所述电阻R14 的一端连接；所述电容C5的另一端与所述电阻R14的另一端均接地；所述四象限模拟乘法器U2的引脚8与所述电容C2的一端、所述电阻R10的一端电性连接。

在本实用新型中，作为一种可选的实施例，所述增益控制单元还包括增益输入单元；所述增益输入单元包括运算放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电阻R3；所述运算放大器U1A的同相输入端与MCU控制单元连接；所述运算放大器U1A反相输入端与所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端连接；所述电阻 R2的另一端接地；所述电阻R3的一端与所述电阻R1的一端、所述四象限模拟乘法器U2的引脚8连接；所述电阻R1的另一端与所述运算放大器U1A的输出端连接。

在本实用新型中，作为一种可选的实施例，所述增益控制单元还包括增益使能控制单元；所述增益使能控制单元包括三极管Q1、电阻R6和电阻R7；所述电阻R7的一端与时序逻辑单元连接；所述电阻R7另一端与所述电阻R6的一端、所述三极管Q1的基极连接；所述电阻R6的另一端、所述三极管Q1的发射极均接地；所述三极管Q1的集电极与所述四象限模拟乘法器U2的引脚8电性连接。

在本实用新型中，作为一种可选的实施例，所述信号输入单元包括电阻R4、电阻R5、电容C1、稳压二极管D1和稳压二极管D2；输入信号与所述电阻R4 的一端、所述R5的一端连接；所述电阻R4的另一端与所述电容C1的一端、所述稳压二极管D1的正极和所述四象限模拟乘法器U2的引脚1连接；所述电阻R5的另一端、所述电容C1的另一端、所述稳压二极管D2的正极均接地；所述稳压二极管D1的负极与所述稳压二极管D2的负极连接。

在本实用新型中，作为一种可选的实施例，所述继电器控制单元包括继电器K1、二极管D3、三极管Q2、电阻R8、电阻R9、电阻R15、电阻R19；所述继电器K1的接线端2与供电电压VCC、所述二极管D3的负极连接；所述继电器K1的接线端1与所述功率放大器U3A的输出端连接；所述继电器K1接线端 7与负载连接；所述继电器K1接线端6与所述三极管Q2的集电极、所述二极管D3的正极连接；所述三极管Q2的基极与所述电阻R8的一端、所述电阻R9 的一端连接；所述电阻R8的另一端、所述三极管Q2的发射极均接地；所述电阻R9的另一端接使能输出端；所述电阻R15一端接地，其另一端与所述功率放大器U3A的同相输入端连接；所述功率放大器U3A的反相输入端与所述电阻 R16的另一端、所述电阻R19的一端连接；所述电阻R19的另一端与所述功率放大器U3A的输出端连接。

在本实用新型中，作为一种可选的实施例，所述MCU控制单元芯片型号为STM32F301K8T6。

在本实用新型中，作为一种可选的实施例，所述四象限模拟乘法器U2的型号为AD633。

在本实用新型中，作为一种可选的实施例，所述功率放大器增益控制电路还包括显示及操作模块；所述显示及操作模块与所述MCU控制单元电性连接；所述显示及操作模块为液晶显示屏。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本实用新型实施例的方案运用增益控制单元原理，增益直流信号与输入信号相乘得到一个波形与输入信号形同的输出信号，通过MCU控制增益直流信号的大小进而对输出信号进行高精度的控制，可实现任意信号的增益控制，并能将增益转换成电压信号，实现调节幅度大、精度高、可视化和可编程的效果。

附图说明

图1为本实用新型一种功率放大器增益控制电路的主要模块结构示意图；

图2为本实用新型实施例的功率放大器增益控制电路的模块结构示意图；

图3为本实用新型实施例的功率放大器增益控制电路的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。除特殊说明的之外，本实施例中所采用到的材料及设备均可从市场购得。实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请实施例提供一种功率放大器增益控制电路，增益直流信号与输入信号相乘得到一个波形与输入信号形同的输出信号，通过MCU控制增益直流信号的大小进而对输出信号进行高精度的控制，可实现任意信号的增益控制，并能将增益转换成电压信号，实现调节幅度大、精度高、可视化和可编程的效果。

图1示出了本实施例的一种功率放大器增益控制电路的模块结构；图2示出了本实用新型实施例的功率放大器增益控制电路的模块结构。

请参照图1和图2，本实施例提供的一种功率放大器增益控制电路，包括: 信号输入单元、增益控制单元、功率放大器、继电器控制单元、MCU控制单元和时序逻辑单元；信号输入单元的输入端连接输入信号，输出端与增益控制单元电性连接；增益控制单元电性连接MCU控制单元、时序逻辑单元和功率放大器；功率放大器电性连接继电器控制单元；继电器控制单元电性连接信号输出；继电器控制单元与时序逻辑单元电性连接；时序逻辑单元与MCU控制单元电性连接；增益控制单元用于实现将输入信号进行增益；MCU控制单元输出模拟信号控制增益的大小；功率放大器用于对增益控制单元输出的信号进行放大；继电器控制单元通过时序逻辑单元可实现保护功率放大器和防止功率放大器机械抖动。

具体地，本实施例中，四象限模拟乘法器U2中：

W＝((Y1-Y2)/(X1-X2))/10+Z,Y2＝0,X1＝0,Z＝0,Y1＝IN；

令X2＝G1[G1＝(R3/R2+1)*IN_Gain]，

于是W＝-(Y1*Y2)/10＝-(IN*G1)/10；

对于功率放大器U3A,有OUT＝-R19/R16*W,于是OUT＝G1*(IN*R19)/(10*R16)；令G1的取值范围是0～10V，则OUT＝(0％～100％)*(IN*R19)/R16

可通过MCU控制单元编程控制G1的值，从而实现对运算放大器输出幅值进行高精度控制，即增益控制。

在本实施例中，四象限模拟乘法器U2的型号为AD633；MCU控制单元芯片型号为STM32F301K8T6。

在本实施例中，增益控制单元包括四象限模拟乘法器U2、电容C2、电容 C3、电容C4、电容C5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R18；电阻R11一端接地，其另一端与四象限模拟乘法器U2的引脚2连接；四象限模拟乘法器U2的引脚1与信号输入单元电性连接；四象限模拟乘法器U2的引脚3与电容C3的一端、电阻R12的一端连接；电容C3的另一端接地；电阻R12的另一端接-15V电压；四象限模拟乘法器U2 的引脚4与电阻R17的一端连接；电阻R17的另一端接地；四象限模拟乘法器 U2的引脚5与电阻R18的一端、电阻R16的一端连接；电阻R18的另一端接地；电阻R16的另一端与功率放大单元电性连接；四象限模拟乘法器U2的引脚 6与电容C4的一端、电阻R13的一端连接；电容C4的另一端接地；电阻R13 的另一端接+15V电压；四象限模拟乘法器U2的引脚7与电容C5的一端、电阻R14的一端连接；电容C5的另一端与电阻R14的另一端均接地；四象限模拟乘法器U2的引脚8与电容C2的一端、电阻R10的一端。

在本实施例中，增益控制单元还包括增益输入单元；增益输入单元包括运算放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电阻R3；运算放大器U1A的同相输入端与 MCU控制单元连接；运算放大器U1A反相输入端与电阻R2的一端、电阻R3 的一端连接；电阻R2的另一端接地；电阻R3的一端与电阻R1的一端、四象限模拟乘法器U2的引脚8连接；电阻R1的另一端与运算放大器U1A的输出端连接。

在本实施例中，增益控制单元还包括增益使能控制单元；增益使能控制单元包括三极管Q1、电阻R6和电阻R7；电阻R7的一端与时序逻辑单元连接；电阻R7另一端与电阻R6的一端、三极管Q1的基极连接；电阻R6的另一端、三极管Q1的发射极均接地；三极管Q1的集电极与四象限模拟乘法器U2的引脚8 电性连接。

具体地，当硬件电路检测到异常时，Q1导通，输出到U2的增益控制电压强制降为几毫伏，此时增益约等于0；原来的电压都降落在R1上，等待系统软件检测到异常，再把增益控制信号恢复至0V，避免R1长期发热。

在本实施例中，信号输入单元包括电阻R4、电阻R5、电容C1、稳压二极管D1和稳压二极管D2；输入信号与电阻R4的一端、电阻R5的一端连接；电阻R4的另一端与电容C1的一端、稳压二极管D1的正极和四象限模拟乘法器 U2的引脚1连接；电阻R5的另一端、电容C1的另一端、稳压二极管D2的正极均接地；稳压二极管D1的负极与稳压二极管D2的负极连接。

在本实施例中，继电器控制单元包括继电器K1、二极管D3、三极管Q2、电阻R8、电阻R9、电阻R15、电阻R19；继电器K1的接线端2与供电电压VCC、二极管D3的负极连接；继电器K1的接线端1与功率放大器U3A的输出端连接；继电器K1接线端7与负载连接；继电器K1接线端6与三极管Q2的集电极、二极管D3的正极连接；三极管Q2的基极与电阻R8的一端、电阻R9的一端连接；电阻R8的另一端、三极管Q2的发射极均接地；电阻R9的另一端接使能输出端；电阻R15一端接地，其另一端与功率放大器U3A的同相输入端连接；功率放大器U3A的反相输入端与电阻R16的另一端、电阻R19的一端连接；电阻R19的另一端与功率放大器U3A的输出端连接。

在本实施例中，功率放大器增益控制电路还包括时序逻辑单元；时序逻辑单元与增益使能控制单元、继电器控制单元、MCU控制单元、功率放大器和信号输出均电性连接，时序逻辑单元为电子领域中常见的时序逻辑电路，本申请不再赘述。

本实施例中，继电器控制单元通过时序逻辑单元控制能实现零电压零电流开关，减少功率放大单元的抖动问题。

具体地，本实施例中的功率放大器增益控制电路，通过时序逻辑单元的控制，输出时先接通继电器控制单元的使能输出端(OUT_EN#)，再接通增益使能输入信号(IN_EN#)；关闭时，先断开增益使能输入信号(IN_EN#)，再断开使能输出端(OUT_EN#)，实现零电压零电流开关，功率放大器U3A输出信号没有继电器抖动问题。增益使能输入信号为高电平时，Q1导通，四象限模拟乘法器U2引脚 8电压被拉低至0V，四象限模拟乘法器U2引脚5都是0V，功率放大器U3A的输出端也是0V，功率放大器U3A输出端接了负载LOAD，初始电压为0V，此时继电器K1闭合，继电器K1触点间无电压无电流，有效避免了输出抖动，降低了合闸功率容量，延长了继电器寿命，实现了理想开关，关闭时同理。

在本实施例中，功率放大器增益控制电路还包括显示及操作模块；显示及操作模块与MCU控制单元电性连接；显示及操作模块为液晶显示屏。

虽然仅仅已经对本申请的某些部件和实施例进行了图示并且描述，但是在不实际脱离在权利要求书中的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以想到许多修改和改变，例如：各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、安装布置、材料使用、颜色、取向等的变化。

上述实施方式仅为本实用新型实施例的优选实施例方式，不能以此来限定本实用新型实施例保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型实施例的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型实施例所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种功率放大器增益控制电路，其特征在于，包括:信号输入单元、增益控制单元、功率放大器、继电器控制单元、MCU控制单元和时序逻辑单元；所述信号输入单元的输入端与输入信号端电性连接，输出端与所述增益控制单元电性连接；所述MCU控制单元、所述时序逻辑单元和所述功率放大器均与所述增益控制单元电性连接；所述继电器控制单元与所述功率放大器电性连接；所述继电器控制单元与信号输出端电性连接；所述MCU控制单元通过所述时序逻辑单元与所述继电器控制单元电性连接；所述增益控制单元用于对输入信号进行增益控制；所述MCU控制单元用于输出模拟信号控制增益的大小；所述功率放大器用于对增益控制单元输出的信号进行放大。

2.根据权利要求1所述的功率放大器增益控制电路，其特征在于，所述增益控制单元包括四象限模拟乘法器U2、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R18；所述电阻R11一端接地，其另一端与所述四象限模拟乘法器U2的引脚2连接；所述四象限模拟乘法器U2的引脚1与所述信号输入单元电性连接；所述四象限模拟乘法器U2的引脚3与所述电容C3的一端、所述电阻R12的一端连接；所述电容C3的另一端接地；所述电阻R12的另一端接-15V电压；所述四象限模拟乘法器U2的引脚4与所述电阻R17的一端连接；所述电阻R17的另一端接地；所述四象限模拟乘法器U2的引脚5与所述电阻R18的一端、所述电阻R16的一端连接；所述电阻R18的另一端接地；所述电阻R16的另一端与所述功率放大单元电性连接；所述四象限模拟乘法器U2的引脚6与所述电容C4的一端、所述电阻R13的一端连接；所述电容C4的另一端接地；所述电阻R13的另一端接+15V电压；所述四象限模拟乘法器U2的引脚7与所述电容C5的一端、所述电阻R14的一端连接；所述电容C5的另一端与所述电阻R14的另一端均接地；所述四象限模拟乘法器U2的引脚8与所述电容C2的一端、所述电阻R10的一端。

3.根据权利要求2所述的功率放大器增益控制电路，其特征在于，所述增益控制单元还包括增益输入单元；所述增益输入单元包括运算放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电阻R3；所述运算放大器U1A的同相输入端与所述MCU控制单元；所述运算放大器U1A反相输入端与所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端连接；所述电阻R2的另一端接地；所述电阻R3的一端与所述电阻R1的一端、所述四象限模拟乘法器U2的引脚8连接；所述电阻R1的另一端与所述运算放大器U1A的输出端连接。

4.根据权利要求2所述的功率放大器增益控制电路，其特征在于，所述增益控制单元还包括增益使能控制单元；所述增益使能控制单元包括三极管Q1、电阻R6和电阻R7；所述电阻R7的一端与所述时序逻辑控制单元连接；所述电阻R7另一端与所述电阻R6的一端、所述三极管Q1的基极连接；所述电阻R6的另一端、所述三极管Q1的发射极均接地；所述三极管Q1的集电极与所述四象限模拟乘法器U2的引脚8电性连接。

5.根据权利要求3所述的功率放大器增益控制电路，其特征在于，所述信号输入单元包括电阻R4、电阻R5、电容C1、稳压二极管D1和稳压二极管D2；输入信号与所述电阻R4的一端、所述R5的一端连接；所述电阻R4的另一端与所述电容C1的一端、所述稳压二极管D1的正极和所述四象限模拟乘法器U2的引脚1连接；所述电阻R5的另一端、所述电容C1的另一端、所述稳压二极管D2的正极均接地；所述稳压二极管D1的负极与所述稳压二极管D2的负极连接。

6.根据权利要求1所述的功率放大器增益控制电路，其特征在于，所述继电器控制单元包括继电器K1、二极管D3、三极管Q2、电阻R8、电阻R9、电阻R15、电阻R19；所述继电器K1的接线端2与供电电压VCC、所述二极管D3的负极连接；所述继电器K1的接线端1与所述功率放大器U3A的输出端连接；所述继电器K1接线端7与负载连接；所述继电器K1接线端6与所述三极管Q2的集电极、所述二极管D3的正极连接；所述三极管Q2的基极与所述电阻R8的一端、所述电阻R9的一端连接；所述电阻R8的另一端、所述三极管Q2的发射极均接地；所述电阻R9的另一端接使能输出端；所述电阻R15一端接地，其另一端与所述功率放大器U3A的同相输入端连接；所述功率放大器U3A的反相输入端与所述电阻R16的另一端、所述电阻R19的一端连接；所述电阻R19的另一端与所述功率放大器U3A的输出端连接。

7.根据权利要求1所述的功率放大器增益控制电路，其特征在于，所述MCU控制单元芯片型号为STM32F301K8T6。

8.根据权利要求2所述的功率放大器增益控制电路，其特征在于，所述四象限模拟乘法器U2的型号为AD633。

9.根据权利要求1所述的功率放大器增益控制电路，其特征在于，所述功率放大器增益控制电路还包括显示及操作模块；所述显示及操作模块与所述MCU控制单元电性连接；所述显示及操作模块为液晶显示屏。

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