CN217741686U - 一种大功率运算放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种大功率运算放大器，包括运算放大器芯片U1、稳压二极管D2、稳压二极管D4、二极管D1、二极管D3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、外接电阻RCL+、外接电阻RCL‑、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5。本实用新型实现国产化，使用成本低，且电路结构简单、设计合理、散热性能好、可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型属于放大器电路技术领域，尤其涉及一种大功率运算放大器。
背景技术
功率放大类放大器广泛应用于通信系统和各种电子设备中，为负载提供足够大的信号功率，通常用于马达驱动电路、伺服系统电路、音频放大器电路等领域中，具有低频段工作、大功率输出、高效率、智能控制等特点。近年来，随着集成电路设计及制造技术的不断发展，便携式、智能化电子产品逐渐向着轻便化、高集成度、微型化发展，这对低压功率类模拟集成电路的需求也在持续增加。
但是，目前国内使用的功率运算放大器大部分都是进口的一次集成的硅芯片功放组装而成，使用成本较高，且电路元器件较多，导致功率运算放大器体积变大，且散热性能差，容易损坏。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种大功率运算放大器，其实现国产化，使用成本低，且电路结构简单、设计合理、散热性能好、可靠性高。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种大功率运算放大器，包括运算放大器芯片U1、稳压二极管D2、稳压二极管D4、二极管D1、二极管D3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、外接电阻RCL+、外接电阻RCL-、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；
所述运算放大器芯片U1的2脚接电源输入正端Vin+，3脚接电源输入负端Vin-，4脚接负电源电压-Vcc，7脚接正电源电压+Vcc，6脚接稳压二极管D2和稳压二极管D4的相接端；
所述稳压二极管D4的负极与稳压二极管D2的正极相接，D4的正极分别接三极管Q1的集电极、三极管Q2的基极；所述稳压二极管D2的负极分别接三极管Q6的集电极、三极管Q5的基极；
所述电阻R1、电阻R2、电阻R3串联，所述电阻R1的一端接正电源电压+Vcc，所述电阻R3的一端接负电源电压-Vcc；
所述三极管Q1的发射极通过电阻R4接正电源电压+Vcc，基极接电阻R1和电阻R2的相接端；所述三极管Q6的发射极通过电阻R5接负电源电压-Vcc，基极接电阻R2和电阻R3的相接端；
所述外接电阻RCL+的一端接正电源电压+Vcc，另一端接分别接三极管Q2的集电极、三极管Q3的集电极；所述外接电阻RCL-的一端接负电源电压-Vcc，另一端接分别接三极管Q4的集电极、三极管Q5的集电极；
所述二极管D1的正极接三极管Q1的发射极，负极接三极管Q2的集电极；所述二极管D3的正极接三极管Q5的集电极，负极接三极管Q6的发射极；
所述三极管Q2的发射极接三极管Q3的基极；所述三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极相接，并接输出电压Vo。
优选的，所述三极管Q2、三极管Q5均为中功率三极管，所述三极管Q3、三极管Q4均为大功率三极管。
优选的，所述三极管Q1为PNP晶体管，所述三极管Q6为NPN晶体管。
优选的，所述运算放大器芯片U1的型号为LF156芯片。
本实用新型的技术效果和优点：
本实用新型提供的一种大功率运算放大器，通过采用运算放大器芯片U1、稳压二极管D2、稳压二极管D4、二极管D1、二极管D3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、外接电阻RCL+和外接电阻RCL-，能够在高达±20V的电源下工作，并提供高达5A(DC)的连续输出电流，内部限流电路可以通过两个外部电阻(+RCL、-RCL)进行用户设定，达到限制最大输出电流的目的；且其电路结构简单、设计合理、散热性能好、可靠性高。
附图说明
图1是本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
参见图1所示，一种大功率运算放大器，包括运算放大器芯片U1、稳压二极管D2、稳压二极管D4、二极管D1、二极管D3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、外接电阻RCL+、外接电阻RCL-、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5。
具体实施时，参见图1所示，所述运算放大器芯片U1的2脚接电源输入正端Vin+，3脚接电源输入负端Vin-，4脚接负电源电压-Vcc，7脚接正电源电压+Vcc，6脚接稳压二极管D2和稳压二极管D4的相接端。
具体实施时，参见图1所示，所述稳压二极管D4的负极与稳压二极管D2的正极相接，负极分别接三极管Q1的集电极、三极管Q2的基极；所述稳压二极管D2的负极分别接三极管Q6的集电极、三极管Q5的基极。
具体实施时，参见图1所示，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3串联，所述电阻R1的一端接正电源电压+Vcc，所述电阻R3的一端接负电源电压-Vcc。
具体实施时，参见图1所示，所述三极管Q1的发射极通过电阻R4接正电源电压+Vcc，基极接电阻R1和电阻R2的相接端；所述三极管Q6的发射极通过电阻R5接负电源电压-Vcc，基极接电阻R2和电阻R3的相接端。
具体实施时，参见图1所示，所述外接电阻RCL+的一端接正电源电压+Vcc，另一端接分别接三极管Q2的集电极、三极管Q3的集电极；所述外接电阻RCL-的一端接负电源电压-Vcc，另一端接分别接三极管Q4的集电极、三极管Q5的集电极。
具体实施时，参见图1所示，所述二极管D1的正极接三极管Q1的发射极，负极接三极管Q2的集电极；所述二极管D3的正极接三极管Q5的集电极，负极接三极管Q6的发射极。
具体实施时，参见图1所示，所述三极管Q2的发射极接三极管Q3的基极；所述三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极相接，并接输出电压Vo。
具体实施时，所述三极管Q2、三极管Q5均为中功率三极管，所述三极管Q3、三极管Q4均为大功率三极管。
具体实施时，所述三极管Q1为PNP晶体管，所述三极管Q6为NPN晶体管。
具体实施时，所述运算放大器芯片U1的型号为LF156芯片。
本实用新型的工作原理：
参见图1所示，本实用新型的功率运算放大器是一个小功率的JFET输入运算放大器，电流助推或功率输出级在其后面。这实际就是一个互补的电流放大级。上端三极管Q2、三极管Q3构成一个NPN达林顿管，下端三极管Q4、三极管Q5构成一个PNP达林顿管。它们构成一个典型的互补射极跟随器电路。通过电流放大，使输出(或吸收)电流能力达5A(连续)或10A(瞬态)。三极管Q2、三极管Q5分别是中功率管，而三极管Q3、三极管Q4则是大功率管芯。三极管Q3、三极管Q4的发射极互连作为输出端。二极管D2、二极管D4顺序串接并分别与三极管Q2、三极管Q5的基极相连，用以实现后者的偏置，二极管D2、二极管D4相接端作为本级的输入点与运算放大器芯片U1的6脚相接。电阻R1、电阻R2、电阻R3与正电源电压+Vcc、负电源电压-Vcc相接，作为一个分压网络确定三极管Q1、三极管Q6的基极电压。三极管Q1、三极管Q6分别为一个PNP和NPN晶体管，各自发射极有一个电阻R4、电阻R5分别与正电源电压+Vcc及负电源电压-Vcc相连，从而确定了电阻R4、电阻R5上的电流为一个定值，且这两个电流基本相等。三极管Q1的集电极同Q2的基极相连，Q6的集电极同Q5的基极相连，当输出为正电压，上半部的电路工作，电阻R4上的电流作为三极管Q1的集电极电流分为两支，一支作为三极管Q2的基极电流往三极管Q2、三极管Q3放大从输出端流出驱动负载，剩下电流则经稳压二极管D4和稳压二极管D2流入三极管Q6，由于三极管Q6的集电极即三极管Q5的基极电压比三极管Q1的集电极电压低两个二极管压降，而放大器输出点的电压也比三极管Q1的集电极低两个BE结电压，从而三极管Q5的基极与三极管Q4的发射极电压大致相等，因此作为下部的跟随器三极管Q5、三极管Q4是截止的。三极管Q6的Ic电流应与流往R5的电流大致相等，该电流经稳压二极管D2来自稳压二极管D4和运算放大器芯片U1的输出。运算放大器芯片U1的输出电流大致与此时负载电流所需的三极管Q2基极电流相等。可见，若Io越大，从运算放大器芯片U1输出的电流也越大。反之，是前置运算放大器芯片U1的输出电流往后面的电流助推级放大之后，成为驱动负载的输出电流。
与上面类似，当输出为负电压时，上部跟随器截止，下部跟随器工作，吸收从负载流入的电流，此时，与负载电流相关的三极管Q5的基极电流大致相等的电流则由稳压二极管D4流入运算放大器芯片U1输出端。其余不再详述。
外接电阻RCL+、外接电阻RCL-为外接限流电阻，外接电阻RCL+应与正电源电压+Vcc和二极管D1阴极以及三极管Q2、三极管Q3的集电极即外接电阻RCL+引线端相连，外接电阻RCL-则与负电源电压-Vcc和二极管D3阳极、三极管Q4、三极管Q5集电极即外接电阻RCL-引线端相连。当负载电流Io
增大，在外接电阻RCL+或外接电阻RCL-上的电压降也增大，使二极管D1阴极的电压低于三极管Q1基极电压或二极管D3的阳极电压高于三极管Q6的基极电压时，三极管Q1、三极管Q6趋向截止，从而使三极管Q2、三极管Q5的基极电流下降，输出电流Io下降为零，这种负反馈达到限流目的。改变外接电阻RCL+、外接电阻RCL-的大小，即可设置所需要的最大输出电流值，实现编程控制输出极限电流目的。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种大功率运算放大器，其特征在于：包括运算放大器芯片U1、稳压二极管D2、稳压二极管D4、二极管D1、二极管D3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、外接电阻RCL+、外接电阻RCL-、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；
所述运算放大器芯片U1的2脚接电源输入正端Vin+，3脚接电源输入负端Vin-，4脚接负电源电压-Vcc，7脚接正电源电压+Vcc，6脚接稳压二极管D2和稳压二极管D4的相接端；
所述稳压二极管D4的负极与稳压二极管D2的正极相接，D4的正极分别接三极管Q1的集电极、三极管Q2的基极；所述稳压二极管D2的负极分别接三极管Q6的集电极、三极管Q5的基极；
所述电阻R1、电阻R2、电阻R3串联，所述电阻R1的一端接正电源电压+Vcc，所述电阻R3的一端接负电源电压-Vcc；
所述三极管Q1的发射极通过电阻R4接正电源电压+Vcc，基极接电阻R1和电阻R2的相接端；所述三极管Q6的发射极通过电阻R5接负电源电压-Vcc，基极接电阻R2和电阻R3的相接端；
所述外接电阻RCL+的一端接正电源电压+Vcc，另一端接分别接三极管Q2的集电极、三极管Q3的集电极；所述外接电阻RCL-的一端接负电源电压-Vcc，另一端接分别接三极管Q4的集电极、三极管Q5的集电极；
所述二极管D1的正极接三极管Q1的发射极，负极接三极管Q2的集电极；所述二极管D3的正极接三极管Q5的集电极，负极接三极管Q6的发射极；
所述三极管Q2的发射极接三极管Q3的基极；所述三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极相接，并接输出电压Vo。
2.根据权利要求1所述的一种大功率运算放大器，其特征在于：所述三极管Q2、三极管Q5均为中功率三极管，所述三极管Q3、三极管Q4均为大功率三极管。
3.根据权利要求1所述的一种大功率运算放大器，其特征在于：所述三极管Q1为PNP晶体管，所述三极管Q6为NPN晶体管。
4.根据权利要求3所述的一种大功率运算放大器，其特征在于：所述运算放大器芯片U1的型号为LF156芯片。
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