一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，主要包括放大器模块和调零模块；在放大器模块中包括输入级模块、中间放大级模块、输出级模块、增益反馈模块。为保证放大器具有宽频带的要求，在输入级模块和中间放大级模块间采用折叠式渥尔曼电路来抵消输入级模块的密勒效应；在中间放大级模块和输出级模块里又分别采用差分式Cob自抵消电路组和A级互补Cob自抵消电路来消除Cob对频率特性的影响。为保证放大器具有大电压的要求，输出级模块选取2SA1209和2SC2911互补大电压高频对管，其VCBO为±180V、VCEO为±160V、VEBO为±5V、fT为150MHz、Cob为3pF；为保证放大器低温漂特性在输入级模块的差分电流源上使用对管upa63h和2SA1349。
【专利说明】
一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器
技术领域
[0001 ]本发明属于于电子式互感器参数测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器。
【背景技术】
[0002]由于传统变电站所使用的电磁式互感器主要表现为感性，所以在动态性能测试中其响应为微分效果；而智能站中使用的电子式电流互感器同时包含较大感性和容性和阻性，所以在动态性能测试中其响应为高频衰减震荡，即产生高频附加分量。而此高频附加分量不属于一次真实状态信号的内容，其很有可能让智能终端产生误动作，或者多次动作，进而影响智能变电站的正常运行，甚至是电网事故，所以对电子式互感器的性能测试和评估显得尤为重要。
[0003]新型电子式互感器是把高电压或测量大电流均转化为推荐电压(1.5V或4V)，而保护电流则转化为额定电压(150mV或200mV)，再把所得模拟量经采集卡转化为数字量，最后送至合并单元。由于用在保护电流测量的电子式互感器新加故障电流预测功能，故加入微分环节，这样就要求互感器通道具有较高的频率特性(1MHz)。这样，在面向电子式互感器性能测试和评估平台中模拟电子式互感器采集卡输入信号的放大器必须具有高精度和宽频带。同时，由于厂家采集卡最大输入电压范围可高达几十伏，故放大器也应具有大电压、高摆率的特性。
[0004]目前市面上所拥有的大电压高频运放为TI公司的LM7171和APEX公司的PA98。LM7171具有200Mhz增益带宽积，但是有约±18V的输出电压能力;PA98具有约±200V输出电压能力和10Mhz的增益带宽积，但带容性负载时极易产生自激震荡，且温漂和输出噪声较大。
[0005]为此，结合现有的技术和实际使用需求，研制一种专门用于电子式互感器测试的大电压宽频带放大器至关重要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，以解决现有技术中存在的大电压和宽频带不能共存的矛盾问题，实现精准有效的电子式互感器测试实验。
[0007]为实现上述发明目的，本发明一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，其特征在于，包括:输入级模块、中间放大级模块、输出级模块、增益反馈模块和调零模块；
[0008]其中，所述的输入级模块包括RC滤波电路、结型差动放大电路、基级接地式渥尔曼电路；
[0009]所述的中间放大级模块包括晶体管Ccib自抵消电路组、手动调零电路、推挽电路；
[0010]所述的输出级模块包括A级互补Ccib自抵消电路、推挽输出电路、限流保护电路；
[0011]所述的调零模块包括偏置电路、24位高精度AD采集器、FPGA控制器、16位DA补偿器；
[0012]输入电压信号进入输入级模块后，经RC滤波电路滤波，再送入结型差动放大电路中转换为差分电流信号，差分电流信号再经过基级接地式渥尔曼电路放大，得到差分电流信号；差分电流信号经折叠式渥尔曼电路传递到放大器的中间放大级模块，在中间放大级模块里，差分电流信号被晶体管Ccib自抵消电路组进一步放大，同时手动调零电路稳定其静态工作点，再由推挽电路将差分信号转换为单端电压信号；单端电压信号经RC相位补偿后进入放大器的输出级模块，在输出级模块中，单端电压信号被A级互补Ccib自抵消电路放大后进入推挽输出电路，再通过限流保护电路的输出限制，使单端电压信号工作在正常范围内，再通过增益反馈模块的稳定后输入到放大器的输出端;在放大器的输出端，调零模块将放大器输出的零漂模拟量经偏置电路叠加上电压偏置信号，再送入到24位高精度AD采集器，在24位高精度AD采集器中，零漂模拟量被转化为零漂数字量，零漂数字量再进入FPGA控制器，在FPGA控制器里零漂数字量经换算为对应零漂补偿量后，再由16位DA补偿器转为对应的模拟补偿量，模拟补偿量加入到放大器的输入端，再由放大器放大后补偿到其输出端抵消对应的零漂分量。
[0013]本发明的发明目的是这样实现的:
[0014]本发明一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，主要包括放大器模块和调零模块;在放大器模块中包括输入级模块、中间放大级模块、输出级模块、增益反馈模块。为保证放大器具有宽频带的要求，在输入级模块和中间放大级模块间采用折叠式渥尔曼电路来抵消输入级模块的密勒效应;在中间放大级模块和输出级模块里又分别采用差分式Cclb自抵消电路组和A级互补Cclb自抵消电路来消除Cclb对频率特性的影响。为保证放大器具有大电压的要求，输出级模块选取2SA1209和2SC2911互补大电压高频对管，其Vcbq为土180V、VCEq为±160V、VEBq为±5V、fT为15010^、(^为3??;为保证放大器低温漂特性在输入级模块的差分电流源上使用对管upa63h和2SA1349。
【附图说明】
[0015]图1是大电压宽频带放大器的电路原理框图。
[0016]图2是基级接地式渥尔曼电路图。
[0017]图3是晶体管Ccib自抵消电路图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0019]实施例
[0020]图1是本发明一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器原理图。
[0021]在本实施例中，如图1所示，本发明一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，包括:输入级模块、中间放大级模块、输出级模块、增益反馈模块和调零模块；
[0022]其中，如图1所示，输入级模块中圆形1-3分别表示:RC滤波电路、结型差动放大电路、基级接地式渥尔曼电路；
[0023]在本实施例中，结型差动放大电路和基级接地式渥尔曼电路分别采用结型对管upa63h 和三极管 2SC1775A。
[0024]中间放大级模块中的三角形1-3分别表示:晶体管Ccib自抵消电路组、手动调零电路、推挽电路；
[0025]在本实施例中，晶体管Ccib自抵消电路组共使用5个Ccib自抵消电路；其中，两个由2SC1815 和 2SA1145 组成，一个由 2SC2705 和 2SA1015 组成，一个由 2SA1015 和 2SC2911 组成，一个由2SC1815和2SA1209组成。
[0026]输出级模块中的正方形1-3分别表示:A级互补Ccib自抵消电路、推挽输出电路、限流保护电路；
[0027]调零模块六边形1-4分别表示:偏置电路、24位高精度AD采集器、FPGA控制器、16位DA补偿器；
[0028]在本实施例中，24位高精度AD采集器采用TI公司24位模数转换芯片ADS1256，16位DA补偿器采用ADI公司16位高速数模转换芯片AD768，FPGA控制器采用Altra公司的EP3C40F484，偏置电路采用ADI公司的AD8628运放。
[0029]输入电压信号进入输入级模块后，经RC滤波电路滤波，再送入结型差动放大电路中转换为差分电流信号，差分电流信号再经过基级接地式渥尔曼电路放大，得到差分电流信号；
[0030]差分电流信号经折叠式渥尔曼电路传递到放大器的中间放大级模块，在中间放大级模块里，差分电流信号被晶体管Ccib自抵消电路组进一步放大，同时手动调零电路稳定其静态工作点，再由推挽电路将差分信号转换为单端电压信号；单端电压信号经RC相位补偿后进入放大器的输出级模块；
[0031]在本实施例中，折叠式渥尔曼电路包括三极管2SC1775A和2SC1815;
[0032]在输出级模块中，单端电压信号被A级互补Ccib自抵消电路放大后进入推挽输出电路，再通过限流保护电路的输出限制，使单端电压信号工作在正常范围内，再通过增益反馈模块的稳定后输入到放大器的输出端；
[0033]在放大器的输出端，调零模块将放大器输出的零漂模拟量经偏置电路叠加上电压偏置信号，再送入到24位高精度AD采集器，在24位高精度AD采集器中，零漂模拟量被转化为零漂数字量，零漂数字量再进入FPGA控制器，在FPGA控制器里零漂数字量经换算为对应零漂补偿量后，再由16位DA补偿器转为对应的模拟补偿量，模拟补偿量加入到放大器的输入端，再由放大器放大后补偿到其输出端抵消对应的零漂分量。
[0034]图2是基级接地式渥尔曼电路图。
[0035]在本实施例中，基级接地式渥尔曼电路是将晶体管纵向堆积起来的电路，即是将下面晶体管的集电极与上面晶体管的发射极连接起来的电路，如图2所示。一般的共发射极电路输入电容为:
[0036]Ci = Cbe+(Av+1).Cbc
[0037]其中Av.Cb。是由于密勒效应造成的。但在基级接地式渥尔曼电路的共发射模块中Av=O,则Ci仅为Cbe与Cb。之和，密勒效应被消除。
[0038]图3是晶体管Ccib自抵消电路图。
[0039]在本实施例中，Ccib自抵消原理为:利用Tr2检测出流到Ccib的电流i，再利用与Ccib并联插入的从属电流源使i回流，这样电流i在虚线闭合环路内循环，而不流出环路以外，因此从输出级看!^的集电极，就变成了 Ccib与从属电流源都不存在，相当于Ccib被自抵消了。
[0040]尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1.一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，其特征在于，包括:输入级模块、中间放大级模块、输出级模块、增益反馈模块和调零模块； 其中，所述的输入级模块包括RC滤波电路、结型差动放大电路、基级接地式渥尔曼电路； 所述的中间放大级模块包括晶体管Ccib自抵消电路组、手动调零电路、推挽电路； 所述的输出级模块包括A级互补Cclb自抵消电路、推挽输出电路、限流保护电路； 所述的调零模块包括偏置电路、24位高精度AD采集器、FPGA控制器、16位DA补偿器； 输入电压信号进入输入级模块后，经RC滤波电路滤波，再送入结型差动放大电路中转换为差分电流信号，差分电流信号再经过基级接地式渥尔曼电路放大，得到差分电流信号；差分电流信号经折叠式渥尔曼电路传递到放大器的中间放大级模块，在中间放大级模块里，差分电流信号被晶体管Ccib自抵消电路组进一步放大，同时手动调零电路稳定其静态工作点，再由推挽电路将差分信号转换为单端电压信号;单端电压信号经RC相位补偿后进入放大器的输出级模块，在输出级模块中，单端电压信号被A级互补Ccib自抵消电路放大后进入推挽输出电路，再通过限流保护电路的输出限制，使单端电压信号工作在正常范围内，再通过增益反馈模块的稳定后输入到放大器的输出端;在放大器的输出端，调零模块将放大器输出的零漂模拟量经偏置电路叠加上电压偏置信号，再送入到24位高精度AD采集器，在24位高精度AD采集器中，零漂模拟量被转化为零漂数字量，零漂数字量再进入FPGA控制器，在FPGA控制器里零漂数字量经换算为对应零漂补偿量后，再由16位DA补偿器转为对应的模拟补偿量，模拟补偿量加入到放大器的输入端，再由放大器放大后补偿到其输出端抵消对应的零漂分量。2.根据权利要求1所述的一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，其特征在于，所述的结型差动放大电路和基级接地式渥尔曼电路采用结型对管upa63h和三极管2SC1775A。3.根据权利要求1所述的一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，其特征在于，所述的输入级模块和中间放大级模块间的差分信号传接采用折叠式渥尔曼电路，折叠式渥尔曼电路包括三极管2SC1775A和2SC1815。4.根据权利要求1所述的一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，其特征在于，所述的晶体管Ccib自抵消电路组共使用5个Ccib自抵消电路；其中，两个由2SC1815和2SA1145组成，一个由2SC2705和2SA1015组成，一个由2SA1015和2SC2911组成，一个由2SC1815 和 2SA1209组成。5.根据权利要求1所述的一种面向电子式互感器测试的大电压宽频带放大器，其特征在于，所述的调零模块中，24位高精度AD采集器采用TI公司24位模数转换芯片ADS1256，16位DA补偿器采用ADI公司16位高速数模转换芯片AD768，FPGA控制器采用Altra公司的EP3C40F484，偏置电路采用ADI公司的AD8628运放。
【文档编号】G01R35/02GK205427173SQ201620051892
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月19日
【发明人】黄琦, 井实, 甄威, 周瑜, 吴杰, 苏根
【申请人】国网四川省电力公司电力科学研究院, 电子科技大学