一种信号放大及功率放大电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种信号放大及功率放大电路，设置于信号源与负载之间，包括至少一路差分电路，每一路差分电路的输入端均与信号源相连，输出端均与负载相连；其中，每一差分电路均包括初级信号放大器、次级信号放大器以及功率放大器；初级信号放大器的输入端与信号源相连，输出端与次级信号放大器的输入端相连；次级信号放大器的输出端与功率放大器的输入端相连；功率放大器的输出端与负载相连。实施本实用新型实施例，能够克服现有技术中运算放大器输出电流小、输出功率受限制的缺陷及分立电路的不稳定从而对信号频率响应不佳的问题，提高输出信号的稳定性及输出功率，并降低输出信号的噪
【专利说明】—种信号放大及功率放大电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子元器件【技术领域】，尤其涉及一种信号放大及功率放大电路。
【背景技术】
[0002]信号放大及功率放大电路广泛应用于通信领域，在应用过程中，不仅要求该电路能够放大所获得的微弱的输入信号，而且还要求该电路自身产生的噪声应尽量小。除了低噪声的性能之外，该电路还必须具有足够的增益，来保证在经过长距离的通信信道后，信号被严重衰减了，接收机仍可以有效识别出信号，完成有效的通信质量。
[0003]现有技术中，信号放大及功率放大电路包括采用运算放大器和功率放大器等分立元件构成的电路，其缺点在于:该电路设计复杂、可靠性差、对信号频率响应不佳、出现高噪声等问题，使得输出信号稳定不高及输出功率受限制。
实用新型内容
[0004]本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种信号放大及功率放大电路，能够克服现有技术中电路设计复杂、可靠性差、对信号频率响应不佳、出现高噪声等问题，提高了输出信号的稳定性及输出功率的大小。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种信号放大及功率放大电路，设置于信号源与负载之间，包括至少一路差分电路，每一路差分电路的输入端均与所述信号源相连，输出端均与所述负载相连；其中，
[0006]所述每一差分电路均包括初级信号放大器、次级信号放大器以及功率放大器；其中，所述初级信号放大器的输入端与所述信号源相连，输出端与所述次级信号放大器的输入端相连；所述次级信号放大器的输出端与所述功率放大器的输入端相连；所述功率放大器的输出端与所述负载相连。
[0007]其中，所述初级信号放大器包括第一隔直电容、第一直流偏置电路、低通滤波器、第一运算器以及第一电压负反馈电路；其中，
[0008]所述第一隔直电容的输入端与所述信号源相连，输出端与所述第一直流偏置电路的输入端相连；
[0009]所述第一直流偏置电路的第二输入端与第一直流电压相连，输出端与所述低通滤波器的输入端相连；
[0010]所述低通滤波器的输出端与所述第一运算器的第一输入端相连；
[0011]所述第一运算器的第二输入端与所述第一电压负反馈电路的一端相连，输出端与所述次级信号放大器的输入端相连，还与所述第一电压负反馈电路的另一端相连；其中，所述第一运算器的工作电压与所述第一直流电压相等。
[0012]其中，所述次级信号放大器包括第二隔直电容、第二直流偏置电路、带通滤波器、第二运算器以及第二电压负反馈电路；其中，
[0013]所述第二隔直电容的输入端与所述初级信号放大器的输出端相连，输出端与所述第二电压负反馈电路和所述带通滤波器形成的一并联电路的一端及所述第二运算器的第一输入端相连；
[0014]所述第二直流偏置电路的输入端与第二直流电压相连，输出端与所述第二运算器的第二输入端相连；其中，所述第二运算器的工作电压与所述第二直流电压相等；
[0015]所述第二电压负反馈电路和所述带通滤波器形成的所述并联电路的另一端与所述第二运算器的输出端及所述功率放大器的输入端相连。
[0016]其中，所述功率放大器包括第一达林顿管和与所述第一达林顿管相并联的第二达林顿管；其中，
[0017]所述第一达林顿管包括第一三极管和第二三极管；所述第一三极管的基极与所述次级信号放大器的输出端相连，集电极与第三直流电压相连，发射极与所述第二三极管的基极相连；所述第二三极管的集电极与所述第三直流电压相连，发射极与所述负载相连；
[0018]所述第二达林顿管包括第三三极管及第四三极管；所述第三三极管的基极与所述次级信号放大器的输出端相连，集电极接地，发射极与所述第四三极管的基极相连；所述第四三极管的集电极接地，发射极与所述负载相连。
[0019]其中，所述功率放大器还包括电流负反馈电路，其中，所述电流负反馈电路的第一端与所述第一三极管的基极相连，第二端与所述第三三极管的基极相连，第三端与所述第二三极管的发射极及所述第四三极管的发射极相连。
[0020]其中，所述电流负反馈电路包括第五三极管和第六三极管；其中，
[0021]所述第五三极管的基极与所述第二三极管的发射极及所述第四三极管的发射极相连，集电极与所述第一三极管的基极相连，发射极与所述第六三极管的发射极相连；
[0022]所述第六三极管的基极与所述第二三极管的发射极及所述第四三极管的发射极相连，集电极与所述第三三极管的基极相连。
[0023]其中，所述功率放大器还包括第三直流偏置电路和第四直流偏置电路；其中，
[0024]所述第三直流偏置电路分别与所述次级信号放大器的输出端、所述第一三极管的基极及所述第三直流电压相连；
[0025]第四直流偏置电路分别与所述次级信号放大器的输出端、所述第三三极管的基极及所述第三直流电压相连。
[0026]其中，包括两路差分电路。
[0027]实施本实用新型实施例，具有如下有益效果:
[0028]1、在本实用新型实施例中，由于采用运算放大器构成的信号放大器和分立电路构成的功率放大器，在信号放大电路中信号源的信号通过两级运算放大器及电压负反馈电路，提高了信号输出的稳定性，减小了信号输出的非线性失真，较好的抑制了噪声，从而克服了现有技术中采用分立元件构成的电路中输出信号的不稳定及对信号频率响应不佳的问题，并通过功率放大器中由两个三极管组成的达林顿管及电流负反馈电路处理，提高了输出电路的电流放大作用，即输出信号的输出功率得到放大，提高了输出信号的稳定性及输出功率的大小；
[0029]2、在本实用新型实施例中，由于由初级信号放大器、次级信号放大器以及功率放大器组成的差分电路可以设计为两组或多组，大大提高了输出信号的输出功率(两倍或两倍以上)，并且具有灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本实用新型的范畴。
[0031]图1为本实用新型实施例一提供的信号放大及功率放大电路的结构示意图；
[0032]图2为图1中初级信号放大器的结构示意图；
[0033]图3为图1中次级信号放大器的结构示意图；
[0034]图4为图1中功率放大器的一结构示意图；
[0035]图5为图1中功率放大器的又一结构示意图；
[0036]图6为图1中功率放大器的又一结构示意图；
[0037]图7为本实用新型实施例一提供的信号放大及功率放大电路的电路原理图；
[0038]图8为图7中TX_NV[1]处输出偏置电压的电路原理图；
[0039]图9为本实用新型实施例二提供的信号放大及功率放大电路的结构示意图；
[0040]图10为本实用新型实施例二提供的信号放大及功率放大电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0041]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
[0042]如图1至图6所示，本实用新型实施例一中，为一种信号放大及功率放大电路，该电路设置于信号源S和负载4之间，包括至少一路差分电路，每一路差分电路的输入端均与该信号源S相连,输出端均与该负载4相连；其中，
[0043]每一路差分均电路包括初级信号放大器1、次级信号放大器2以及功率放大器3 ；其中，初级信号放大器I的输入端与信号源S相连,输出端与次级信号放大器2的输入端相连；次级信号放大器2的输出端与功率放大器3的输入端相连；功率放大器3的输出端与负载4相连。
[0044]初级信号放大器I作为电压跟随器，进行阻抗匹配，主要是增加信号源对次级信号放大器2的驱动力，该初级信号放大器I包括第一隔直电容10、第一直流偏置电路11、低通滤波器12、第一运算器13以及第一电压负反馈电路14 ;其中，第一隔直电容10的输入端与信号源S相连,输出端与第一直流偏置电路11的输入端Pll相连，由于需要放大的信号是交流信号，用第一隔直电容10隔离直流，能够保证交流信号正常流向下一级；
[0045]第一直流偏置电路11的第二输入端P12与第一直流电压Vl相连，输出端P13与低通滤波器12的输入端相连，该第一直流偏置电路11为初级信号放大器I中整个电路提供直流电源，保证电路的正常工作，并且为第一运算器13设置静态工作点；其中，第一直流电压Vl与第一运算器13的工作电压相等，使得信号在初级信号放大器I中能够被下拉成具有正负电平值的信号，从而降低信号在初级信号放大器I中产生的噪声；
[0046]低通滤波器12的输出端与第一运算器13的第一输入端Ull相连,用于低于该低通滤波器12设置的特定频率范围内的信号进行有效的放大，超出该特定频率范围的噪声频率抑制或不进行放大；
[0047]第一运算器13的第二输入端U12与第一电压负反馈电路14的一端相连，输出端U13与次级信号放大器2的输入端相连，还与第一电压负反馈电路14的另一端相连，该第一电压负反馈电路14将第一运算器13输出端U13信号反馈到第一运算器13的第二输入端U12，实现信号放大倍数的调整，该第一运算器13将调整后的放大信号输出给次级信号放大器2。
[0048]次级信号放大器2将初级信号放大器I输出的信号进行有效的放大,避免在功率放大器对信号频率响应不佳的问题，该次级信号放大器2包括第二隔直电容20、第二直流偏置电路21、带通滤波器22、第二运算器23以及第二电压负反馈电路24 ;其中，
[0049]第二隔直电容20的输入端与初级信号放大器I的输出端相连，输出端与第二电压负反馈电路24和带通滤波器22形成的一并联电路的一端及第二运算器23的第一输入端U21相连，由于次级信号放大器2与初级信号放大器I中直流电压的不同，用第二隔直电容20隔离直流，能够保证交流信号正常流向下一级；
[0050]第二直流偏置电路2的输入端与第二直流电压V2相连，输出端与第二运算器23的第二输入端U22相连，第二直流偏置电路21为次级信号放大器2中整个电路提供直流电源，保证电路的正常工作，并且为第二运算器23设置静态工作点；其中，第二运算器23的工作电压与第二直流电压V2相等，使得信号能够在次级信号放大器2中能够被下拉成具有正负电平值的信号，从而降低信号在次级信号放大器2中产生的噪声。应当说明的是，第二直流电压应大于第一直流电压这样才能起到信号放大的效果。
[0051]第二电压负反馈电路24与带通滤波器22形成的并联电路的另一端与第二运算器23的输出端U23及功率放大器3的输入端相连。
[0052]在本实用新型实施例中，带通滤波器22用于有效抑制设置信号特定频率范围以外的噪声，第二电压负反馈电路24将第二运算器23输出端U23信号反馈到第二运算器23的第一输入端U21,实现信号真正的放大,使得功率放大器3能够响应次级信号放大器2输出信号的频率。
[0053]功率放大器3将两级信号放大器处理后的输出信号进行电流放大，从而提高了输出信号的输出功率，克服了现有技术中运算放大器输出电流小、输出功率受限制的缺陷，该功率放大器3包括第一达林顿管31和与第一达林顿管31相并联的第二达林顿管32 ;其中，
[0054]第一达林顿管31包括第一三极管311和第二三极管312 ;第一三极管311的基极BI与次级信号放大器2的输出端相连，集电极Cl与第三直流电压V3相连，发射极El与第二三极管312的基极B2相连；第二三极管312的集电极C2与第三直流电压V3相连，发射极E2与负载4相连；
[0055]第二达林顿管32包括第三三极管321及第四三极管322 ;第三三极管321的基极B3与次级信号放大器2的输出端相连，集电极C3接地，发射极E3与第四三极管322的基极B4相连；第四三极管322的集电极C4接地，发射极E4与负载4相连。
[0056]为了防止功率放大器3输出过流或者该功率放大器3中电路自激振荡，保证电路稳定工作，功率放大器3还包括电流负反馈电路33，其中，电流负反馈电路33的第一端F31与第一三极管311的基极El相连，第二端F32与第三三极管321的基极E3相连，第三端F33与第二三极管312的发射极E2及第四三极管322的发射极E4相连。
[0057]电流负反馈电路33包括第五三极管331和第六三极管332 ;其中，第五三极管331的基极B5与第二三极管312的发射极E2及第四三极管322的发射极E4 (即与负载4)相连，集电极C5与第一三极管311的基极El相连，发射极E5与第六三极管332的发射极E6相连；第六三极管332的基极B6与第二三极管312的发射极E2及第四三极管322的发射极E4 (即与负载4)相连，集电极C6与第三三极管321的基极E3相连。
[0058]为了使第一达林顿管31及第一达林顿管32都能工作在临界导通状态，并且消除阶跃失真，功率放大器3还包括第三直流偏置电路34和第四直流偏置电路35，第三直流偏置电路34分别与次级信号放大器2的输出端、第一三极管311的基极El及第三直流电压V3相连，第四直流偏置电路35分别与次级信号放大器2的输出端、第三三极管321的基极E3及第三直流电压V3相连。
[0059]请参见图7和图8所示，为本实用新型提供的信号放大及功率放大电路的电路原理图。
[0060]初级信号放大器包括第一隔直电容C111, Clll 一端连接信号源输出的信号τχ_MP,另一端与由Rl 17与Rl 18构成第一运算器U2-A (MAX4454EUD)的第一直流偏置电路相连，CllO是第一直流电压3.3V电源的旁路电容；R112和Cl 12构成低通滤波器，与Rl 13和C113组成的阻容网络一起，对低于特定频率的信号进行有效的放大，超出该滤波范围的噪声频率抑制或不进行放大；R116与R115组成初级信号放大器中的第一电压负反馈电路，根据需要调整Rl 16与Rl 15的比值，实现放大倍数的调整。
[0061]次级信号放大器包括第二隔直电容C21, C21—端连接初级信号放大器的输出端，另一端与由RlO和R20构成第二运算器Ul-A (MAX9633ASA)的第二直流偏置电路相连，Cl、C2是第二直流电压12V电源的旁路电容，C20和ClO为第二直流偏置电路的旁路电容，R30是第二直流偏置电路的输入限流电阻，从而得到输出信号TX_NV[1] ;R21和R22构成输出信号的第二电压负反馈电路，可根据需求改变R21与R22的比值，实现输出信号的调整；R23和C23构成带通滤波器，能有效抑制信号频带以外的噪声；D13是Ul输入端的保护二极管，R24是输出限流电阻。
[0062]功率放大器包括第三隔直电容C24, C24—端连接次级信号放大器的输出端,另一端与第三直流偏置电路及第四直流偏置电路相连；Q1与Qll构成第一达林顿管、Q2与Q12构成第二达林顿管，这两个达林顿管再组成推挽式放大电路；R11、R13、和D15组成的第三直流偏置电路及R12、R14和D16第四直流偏置电路为这两个达林顿管提供直流偏置，使达第一及第二林顿管工作在临界导通状态，消除阶跃失真。Rl、R2、R15、R16、R17、R18、Q13、Q14组成电流负反馈电路，防止输出过流或者电路自激振荡，保证电路稳定工作，从而得到输出信号TX_U1P。
[0063]相应于本实用新型实施例一提供的一种信号放大及功率放大电路，本实用新型实施例二还提供一种信号放大及功率放大电路，如图9和图10所示，本实用新型二提供的信号放大及功率放大电路由两路差分电路组成，两路差分电路的结构和参数一模一样，并且与本实用新型实施例一的一种信号放大及功率放大电路中的差分电路的构成及连接关系相同，因此在此不再赘述。
[0064]在本实用新型实施例二中，第一达林顿管和第二达林顿管组成一组推挽式放大电路，在采用两路差分电路时，会有两组分别由两个达林顿管组成的推挽式放大电路，负载将会跨接在这两组推挽式放大电路上，在这种交替输出的结构下，其信号放大及功率放大电路的输出功率为本实用新型实施例一中采用一组推挽式放大电路的两倍，效率大大高于一组推挽式放大电路。因此设计人员可以根据实际需要，灵活多变的设计推挽式放大电路的组数，从而提高输出信号的输出功率。
[0065]实施本实用新型实施例，具有如下有益效果:
[0066]1、在本实用新型实施例中，由于采用运算放大器构成的信号放大器和分立电路构成的功率放大器，在信号放大电路中信号源的信号通过两级运算放大器及电压负反馈电路，提高了信号输出的稳定性，减小了信号输出的非线性失真，较好的抑制了噪声，从而克服了现有技术中采用分立元件构成的电路中输出信号的不稳定及对信号频率响应不佳的问题，并通过功率放大器中由两个三极管组成的达林顿管及电流负反馈电路处理，提高了输出电路的电流放大作用，即输出信号的输出功率得到放大，提高了输出信号的稳定性及输出功率的大小；
[0067]2、在本实用新型实施例中，由于由初级信号放大器、次级信号放大器以及功率放大器组成的差分电路可以设计为两组或多组，大大提高了输出信号的输出功率(两倍或两倍以上)，并且具有灵活性。
[0068]以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种信号放大及功率放大电路，设置于信号源与负载之间，其特征在于，包括至少一路差分电路，每一路差分电路的输入端均与所述信号源相连，输出端均与所述负载相连；其中， 所述每一差分电路均包括初级信号放大器(I)、次级信号放大器(2)以及功率放大器(3);其中，所述初级信号放大器(I)的输入端与所述信号源相连，输出端与所述次级信号放大器(2)的输入端相连；所述次级信号放大器(2)的输出端与所述功率放大器(3)的输入端相连；所述功率放大器(3)的输出端与所述负载相连。
2.如权利要求1所述的信号放大及功率放大电路，其特征在于，所述初级信号放大器(1)包括第一隔直电容(10)、第一直流偏置电路(11)、低通滤波器(12)、第一运算器(13)以及第一电压负反馈电路(14);其中， 所述第一隔直电容(10)的输入端与所述信号源相连，输出端与所述第一直流偏置电路(11)的第一输入端相连； 所述第一直流偏置电路(11)的第二输入端与第一直流电压相连，输出端与所述低通滤波器(12)的输入端相连； 所述低通滤波器(12)的输出端与所述第一运算器(13)的第一输入端相连； 所述第一运算器(13)的第二输入端与所述第一电压负反馈电路(14)的一端相连，输出端与所述次级信号放大器(2)的输入端相连，还与所述第一电压负反馈电路(14)的另一端相连；其中，所述第一运算器(13)的工作电压与所述第一直流电压相等。
3.如权利要求1所述的信号放大及功率放大电路，其特征在于，所述次级信号放大器(2)包括第二隔直电容(20)、第二直流偏置电路(21)、带通滤波器(22)、第二运算器(23)以及第二电压负反馈电路(24);其中， 所述第二隔直电容(20)的输入端与所述初级信号放大器(I)的输出端相连，输出端与所述第二电压负反馈电路(24)和所述带通滤波器(22)形成的一并联电路的一端及所述第二运算器(23)的第一输入端相连； 所述第二直流偏置电路(21)的输入端与第二直流电压相连，输出端与所述第二运算器(23)的第二输入端相连；其中，所述第二运算器(23)的工作电压与所述第二直流电压相等; 所述第二电压负反馈电路(24)和所述带通滤波器(22)形成的所述并联电路的另一端与所述第二运算器(23)的输出端及所述功率放大器(3)的输入端相连。
4.如权利要求1所述的信号放大及功率放大电路，其特征在于，所述功率放大器(3)包括第一达林顿管(31)和与所述第一达林顿管(31)相并联的第二达林顿管(32);其中， 所述第一达林顿管(31)包括第一三极管(311)和第二三极管(312);所述第一三极管(311)的基极与所述次级信号放大器(2)的输出端相连，集电极与第三直流电压相连，发射极与所述第二三极管(312)的基极相连；所述第二三极管(312)的集电极与所述第三直流电压相连，发射极与所述负载相连； 所述第二达林顿管(32 )包括第三三极管(321)及第四三极管(322 );所述第三三极管(321)的基极与所述次级信号放大器(2)的输出端相连，集电极接地，发射极与所述第四三极管(322)的基极相连；所述第四三极管(322)的集电极接地，发射极与所述负载相连。
5.如权利要求4所述的信号放大及功率放大电路，其特征在于，所述功率放大器(3)还包括电流负反馈电路(33)，其中，所述电流负反馈电路(33)的第一端与所述第一三极管(311)的基极相连，第二端与所述第三三极管(321)的基极相连，第三端与所述第二三极管(312)的发射极及所述第四三极管(322)的发射极相连。
6.如权利要求5所述的信号放大及功率放大电路，其特征在于，所述电流负反馈电路(33)包括第五三极管(331)和第六三极管(332);其中， 所述第五三极管(331)的基极与所述第二三极管(312)的发射极及所述第四三极管(322)的发射极相连，集电极与所述第一三极管(311)的基极相连，发射极与所述第六三极管(332)的发射极相连； 所述第六三极管(332)的基极与所述第二三极管(312)的发射极及所述第四三极管(322)的发射极相连，集电极与所述第三三极管(321)的基极相连。
7.如权利要求4所述的信号放大及功率放大电路，其特征在于，所述功率放大器(3)还包括第三直流偏置电路(34)和第四直流偏置电路(35);其中， 所述第三直流偏置电路(34)分别与所述次级信号放大器(2)的输出端、所述第一三极管(311)的基极及所述第三直流电压相连； 第四直流偏置电路(35)分别与所述次级信号放大器(2)的输出端、所述第三三极管(321)的基极及所述第三直流电压相连。
8.如权利要求1至7任一项中所述的信号放大及功率放大电路，其特征在于，包括两路差分电路。
【文档编号】H03F3/20GK204031079SQ201420443248
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】周建勇, 高强, 胡子珩, 徐旭辉, 李艳, 吴谦, 郑泽鳞, 刘超, 周和秘 申请人:深圳供电局有限公司, 深圳市晟思智能电网有限公司