一种阻抗变换网络电路结构的制作方法
本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种阻抗变换网络电路结构。
背景技术：
在示波器等仪器中，常常要求输入阻抗为1mω或者更高，但是高带宽的放大器往往都是低输入阻抗的。为了同时满足高输入阻抗和高带宽这两个要求，我们会在放大器之前，加入一级有源网络，该网络输入阻抗高，输出阻抗低，增益接近为1，实现高阻与低阻的变换，我们成为为阻抗变换网络。
目前，常见的实现方案为：由源随器和射随器组成的单位增益放大器，以低频反馈回路来调节偏置电压和提高直流特性，该直流反馈回路的作用频率被限定在直流和低频率以内，起到限制作用的则是用于防止运放震荡的一介滤波器。
该方案的缺点是：
1、该网络的保护二极管，目前大多采用二极管bav99，主要是因为该二极管结电容小，用该二极管可以减小该网络的输入电容，但是该二极管漏电流较大。该漏电流会引起误差电压，在低频和直流频段，整体网络的最终输出由运放调节，在高频段，整体网络输出由第一电容直接作用单位增益放大器而得，但是在高频和低频的过度频段中，及一介滤波器逐渐开始发生作用的频段(通常为50hz～1khz)，该误差电压就会使最终输出信号产生增益变化，且由于漏电流会随着温度变化为变化，从而导致该频段的整体增益会随温度变化。也有方案将该二极管更换为bav199，该二极管漏电流较小，但是其结电容较大，会增大整个网络的输入电容，从而影响其带宽。
2、源随器并不理想，依据jfet管性能可知，较为简单的电流源会导致jfet管电流受vds的影响，而随着输入信号的直流偏执变化，vds一定也会产生变化，从而导致电流源的静态工作点会随着输入信号的直流偏执电压改变而改变，导致输出信号增益会受输入信号偏置电压影响。为了使得jfet的带宽得到最大程度的利用，往往会把ids调节的比较高，jfet管的vgs接近为0v。此时输入信号使第一电容的vds小于第二电容的vds时，就会导致第一电容电流过流，导致vgs正偏，造成第一电容损害。
3、第二级缓冲器采用简单的射随器，其输入信号的直流偏置会影响缓冲器的静态工作点，从而影响增益和线性度。
4、输出负载电容值在高频会影响缓冲网络整体带宽。
5、在类似示波器的应用中，大多数情况下都是有多个模拟通道的，需要多个这种电路共同使用，而在高频情况下，电源就成为了各个通道相互干扰的通道，造成通道间隔离度降低。
6、在射频情况下，电源已经不能作为接地来看待，而且pcb微带线对信号的相位影响必须考虑。为了由更好的带宽性能，该网络的第二级缓冲网络会选用射频三极管，这些三极管带宽会达到8g以上，走线的延时会对某一频率的信号形成正反馈，导致该网络发生震荡。如果把三极管选用频率较低的三极管，就会对整体带宽产生影响。
技术实现要素：
本发明提供了一种阻抗变换网络电路结构，采用三个jfet管级联构成源随器，采用两个三极管级联构成缓冲器，能够减小源随器的输入电容和缓冲器的输出电容的同时增加宽带，降低对外干扰，增加通道间隔离度，并抑制高频振荡的产生。
本发明提供的一种阻抗变换网络电路结构，包括：
输入信号(analog)分为两条之路，第一条支路传输高频信号，第二条支路传输低频信号。
从所述输入信号(analog)出发的第一条支路经由第一电容(c1)接入第一jfet管(q1)的栅极；而后通过第一jfet管q1放大，由第一jfet管q1的源级接入第一三极管(q3)的基极，通过第一三极管(q3)放大，由第一三极管(q3)的发射机接入到由第12电阻(r12)、第二电感(l2)、第五电容(c5)组成的二阶低通滤波器中，最终由第二电感(l2)和第五电容(c5)的连接点输出，连接到负载。
在所述第一电容(c1)和所述第一jfet管(q1)之间设置二极管(d1)，用于保护作用；
在所述第一jfet(q1)的源级处，接入恒流源电路，用以稳定第一jfet管的静态工作点。所述恒流源由第三jfet管(q4)、第二jfet管(q2)、第1电阻(r1)、第11电阻(r11)、第三电阻(r3)组成。其中第二jfet管(q2)的源级通过第三电感(l3)接到负压电压(vee)上，同时通过第四电容(c4)旁路到地。第二jfet管(q2)的栅极经由第三电阻(r3)连接到其源级上。利用jfet管物理特性产生恒流信号。第二jfet管(q2)的漏极接到第三jfet管(q4)的源级，而第三jfet管(q4)的源级电压受其栅极电压嵌位，不会受输入信号(analog)的直流偏置电压影响，从而保证了恒流源的稳定性。负压电源经由第一电阻(r1)和第十一电阻(r11)的分压，接入到第三jfet管(q4)的栅极，提供稳定的栅极电压。第三jfet管(q4)的漏极连接到第一jfet管(q1)的源级，将恒流信号接入到第一jfet管(q1)中。为第一jfet管(q1)提供稳定的直流静态工作点。
在所述第一三极管(q3)的发射极处，接入恒流源电路，用于稳定第一三极管(q3)的直流静态工作点。所述恒流源由第一电感(l1)、第二三极管(q5)、第十三电阻(r13)、第十四电阻(r14)、第二电阻(r2)组成。负压电源vee通过第十三电阻(r13)和第十四电阻(r14)分压后，接入到第二三极管(q5)的基极。由于pn结存在，会将第二三极管(q5)的发射极嵌位在比其基极电压附近。其发射极连接到第二电阻(r2)一端，第二电阻(r2)的另一端通过第三电感l3接入到负压电源(vee)，从而在第二电阻(r2)上会产生一个恒定的压差，从而产生一个恒流信号。该信号通过第二三极管(q5)和第一电感(l1)接入到第一三极管(q3)的发射极，为其提供稳定的静态工作点。
电源电压经由第四电感l4从所述第一jfet管(q1)的源极输入；
从第一jfet管(q1)的源极出发的一条支路经由第三电容(c3)接地；
从第一jfet管(q1)的源极出发的另一条支路经由第十五电阻(r15)接入第一三极管(q3)的集电极；
输入信号(analog)第二条支路为低频支路，经由第七电阻(r7)与第八电阻(r8)的分压后，接入到第一运算放大器(u1)的正向输入端。经由第一运算放大器(u1)的输出端和第四电阻(r4)接入到第一jfet管(q1)的栅极，为其提供低频信号成分。该低频信号成分通过第一jfet管(q1)、第一三极管(q3)输出，并由第九电阻(r9)反馈到第一运算放大器(u1)的反向输入端，形成负反馈，从而稳定低频信号成分。
偏置电压(offset)经由电阻r10，接入到第一运算放大器(u1)的反向输入端，为整个阻抗变换网络提供直流偏置电压。
第一运算放大器(u1)的输出端通过第五电阻(r5)和第六电阻(r6)的分压，经由第二电容(c2)反馈回第一运算放大器(u1)的反向输入端。用于防止运放发生震荡。。
优选的，
第一jfet管(q1)、第二jfet管(q2)、第三jfet管(q4)为同一型号的njfet管。
优选的，
所述第一三极管(q3)、和第二三极管(q5)为同一型号的npn结构三极管。
优选的，
最终输出端加入的rlc二阶低通滤波器。
优选的，
所述二极管(d1)的类型为bap64-04，类型为pin二极管。
优选的，
正负电源通过电感连接到jfet管，通过电阻连接到三极管。
下面对本发明提供的阻抗变换网络电路结构所带来的核心有益效果进行描述：
该阻抗变换网络电路结构包括：该方案的主体部分是由第一jfet管(q1)、第二jfet管(q2)、第一三极管(q3)、第三jfet管(q4)和第二三极管(q5)组成的单位增益放大器，其中，源随器采用三个jfet管第一jfet管(q1)、第三jfet管(q4)和第二jfet管(q2)级联形式来完成，三个jfet管的电流由第二jfet管(q2)来产生，而第二jfet管(q2)的vds被第三jfet管(q4)所限定，由jfet管特性曲线可知，此时第二jfet管(q2)所产生的电流是一个确定值，不会再随着输入信号的偏置而变化，由于该电流的确定，从而使得第一jfet管(q1)的gm得以稳定，且串联结构使得输入电容相对大幅度减小，增加宽带；缓冲器由两个三极管第一三极管(q3)和第二三极管(q5)组成，第二三极管(q5)作为恒流源用于稳定第一三极管(q3)的静态工作点，由三极管特性可知，其电流由第二三极管(q5)的基极和第二电阻(r2)决定，第一三极管(q3)的发射极和第二三极管(q5)的集电极之间通过第一电感(l1)连接，利用第一电感(l1)与第二三极管(q5)的寄生电容发生谐振，可以增加对外带信号的抑制能力，且可以通过调节电感的感值，使带外下降迅速，降低带外噪声和防止混叠，同时能减小缓冲器的输出电容，从而提高带宽；在第一三极管(q3)的集电极与第一jfet管(q1)的漏极之间串入第十五电阻(r15)，可以抑制信号反射而引起的震荡。第十二电阻(r12)、第二电感(l2)、第五电容(c5)组成一个rlc滤波器，由公式
附图说明
图1为本发明中一种阻抗变换网络电路结构实施例电路示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种阻抗变换网络电路结构，采用三个jfet管级联构成源随器，采用两个三极管级联构成缓冲器，能够减小源随器的输入电容和缓冲器的输出电容的同时增加宽带，降低对外干扰，增加通道间隔离度，并抑制高频振荡的产生。
下面请参阅图1，本发明提供的一种阻抗变换网络电路结构实施例，包括：
输入信号(analog)分为两条之路，第一条支路传输高频信号，第二条支路传输低频信号。
从所述输入信号(analog)出发的第二条支路经由第一电容(c1)接入第一jfet管(q1)的栅极；而后通过第一jfet管q1放大，由第一jfet管q1的源级接入第一三极管(q3)的基极，通过第一三极管(q3)放大，由第一三极管(q3)的发射机接入到由第12电阻(r12)、第二电感(l2)、第五电容(c5)组成的二阶低通滤波器中，最终由第二电感(l2)和第五电容(c5)的连接点输出，连接到负载。
在所述第一电容(c1)和所述第一jfet管(q1)之间设置二极管(d1)，用于保护作用；
在所述第一jfet(q1)的源级处，接入恒流源电路，用以稳定第一jfet管的静态工作点。所述恒流源由第三jfet管(q4)、第二jfet管(q2)、第1电阻(r1)、第11电阻(r11)、第三电阻(r3)组成。其中第二jfet管(q2)的源级通过第三电感(l3)接到负压电压(vee)上，同时通过第四电容(c4)旁路到地。第二jfet管(q2)的栅极经由第三电阻(r3)连接到其源级上。利用jfet管物理特性产生恒流信号。第二jfet管(q2)的漏极接到第三jfet管(q4)的源级，而第三jfet管(q4)的源级电压受其栅极电压嵌位，不会受输入信号(analog)的直流偏置电压影响，从而保证了恒流源的稳定性。负压电源经由第一电阻(r1)和第十一电阻(r11)的分压，接入到第三jfet管(q4)的栅极，提供稳定的栅极电压。第三jfet管(q4)的漏极连接到第一jfet管(q1)的源级，将恒流信号接入到第一jfet管(q1)中。为第一jfet管(q1)提供稳定的直流静态工作点。
在所述第一三极管(q3)的发射极处，接入恒流源电路，用于稳定第一三极管(q3)的直流静态工作点。所述恒流源由第一电感(l1)、第二三极管(q5)、第十三电阻(r13)、第十四电阻(r14)、第二电阻(r2)组成。负压电源vee通过第十三电阻(r13)和第十四电阻(r14)分压后，接入到第二三极管(q5)的基极。由于pn结存在，会将第二三极管(q5)的发射极嵌位在比其基极电压附近。其发射极连接到第二电阻(r2)一端，第二电阻(r2)的另一端通过第三电感l3接入到负压电源(vee)，从而在第二电阻(r2)上会产生一个恒定的压差，从而产生一个恒流信号。该信号通过第二三极管(q5)和第一电感(l1)接入到第一三极管(q3)的发射极，为其提供稳定的静态工作点。
电源电压经由第四电感l4从所述第一jfet管(q1)的源极输入；
从第一jfet管(q1)的源极出发的一条支路经由第三电容(c3)接地；
从第一jfet管(q1)的源极出发的另一条支路经由第十五电阻(r15)接入第一三极管(q3)的集电极；
输入信号(analog)第二条支路为低频支路，经由第七电阻(r7)与第八电阻(r8)的分压后，接入到第一运算放大器(u1)的正向输入端。经由第一运算放大器(u1)的输出端和第四电阻(r4)接入到第一jfet管(q1)的栅极，为其提供低频信号成分。该低频信号成分通过第一jfet管(q1)、第一三极管(q3)输出，并由第九电阻(r9)反馈到第一运算放大器(u1)的反向输入端，形成负反馈，从而稳定低频信号成分。
偏置电压(offset)经由电阻r10，接入到第一运算放大器(u1)的反向输入端，为整个阻抗变换网络提供直流偏置电压。
第一运算放大器(u1)的输出端通过第五电阻(r5)和第六电阻(r6)的分压，经由第二电容(c2)反馈回第一运算放大器(u1)的反向输入端。用于防止运放发生震荡。本实施例中，该阻抗变换网络电路结构的主体部分是由第一jfet管(q1)、第二jfet管(q2)、第一三极管(q3)、第三jfet管(q4)和第二三极管(q5)组成的单位增益放大器，其中，源随器采用三个jfet管第一jfet管(q1)、第三jfet管(q4)和第二jfet管(q2)级联形式来完成，三个jfet管的电流由第二jfet管(q2)来产生，而第二jfet管(q2)的vds被第三jfet管(q4)所限定，由jfet管特性曲线可知，此时第二jfet管(q2)所产生的电流是一个确定值，不会再随着输入信号的偏置而变化，由于该电流的确定，从而使得第一jfet管(q1)的gm得以稳定，且串联结构使得输入电容相对大幅度减小，增加宽带。需要说明的是，由于第三jfet管(q4)使得第二jfet管(q2)的vds电压被负电源vee和第三jfet管(q4)的栅极电压所钳制，不会发生变化，此时第一jfet管(q1)的vds＝vcc-vin,第二jfet管(q2)的
该阻抗变换网络电路的缓冲器由两个三极管，即第一三极管(q3)和第二三极管(q5)组成，第二三极管(q5)作为恒流源用于稳定第一三极管(q3)的静态工作点，由三极管特性可知，其电流由第二三极管(q5)的基极和第二电阻(r2)决定，第一三极管(q3)的发射极和第二三极管(q5)的集电极之间通过第一电感(l1)连接，利用第一电感(l1)与第二三极管(q5)的寄生电容发生谐振，可以增加对外带信号的抑制能力，且可以通过调节电感的感值，使带外下降迅速，降低带外噪声和防止混叠，同时能减小缓冲器的输出电容，从而提高带宽；在第一三极管(q3)的集电极与电源之间串入第十五电阻(r15)，可以抑制由于寄生反馈路径和信号反射而引起的震荡。
该阻抗变换网络电路的输出级加入rlc串联结构，即由第十二电阻(r12)、第二电感(l2)、第五电容(c5)组成一个rlc滤波器，由公式
该阻抗变换网络电路结构的正、负电源分别串入l4和l3，用于抑制通过电源传导来的干扰，同时防止自身的信号通过电源向其他通道传导，既能降低对外干扰，又能增加通道间隔离度。第七电阻(r7)、第八电阻(r8)、第九电阻(r9)、第十电阻(r10)及运放(u1)构成了低频反馈回路，用以调节偏置电压和提高直流特性，该直流反馈回路的作用频率被限定在直流和很低频率以内，起到限制作用的则是第二电容(c2)、第五电阻(r5)和第六电阻(r6)构成的一介滤波器，可用于防止运放震荡，其中第七电阻(r7)、第八电阻(r8)构成了该阻抗变换网络的直流阻抗，以示波器为例，一般要求输入阻抗是1mω，则r7+r8＝1mω，其低频增益为
本发明提供的一种阻抗变换网络电路结构第二实施例与前述实施例不同的是，第一jfet管(q1)、第二jfet管(q2)、第三jfet管(q4)为同一型号的njfet管。，用以抑制输入信号直流偏置电压对阻抗变换网络的静态工作点的影响。同时可以增大输入信号的电压范围。
本发明提供的一种阻抗变换网络电路结构第三实施例与前述实施例不同的是，所述第一三极管(q3)、和第二三极管(q5)为同一型号的npn结构三极管。。
用于稳定缓冲网络的静态工作点，并且由于两个是三极管具有相同特性，会提高系统的一致性。
本发明提供的一种阻抗变换网络电路结构第四实施例与前述实施例不同的是，
最终输出端加入的rlc二阶低通滤波器。可以在一定程度上改善带内频率响应平坦度，抑制带外信号干扰。
本发明提供的一种阻抗变换网络电路结构第五实施例与前述实施例不同的是，二极管(d1)的型号为bap64-04，类型为pin二极管。。
本实施例中，保护二极管采用pin二极管bap64-04，漏电流比之传统的bav99更低，且电容也略低，能抑制50hz～1khz增益随温度变化问题。
本发明提供的一种阻抗变换网络电路结构第五实施例与前述实施例不同的是，正负电源通过电感连接到jfet管，通过电阻连接到三极管。这样即可以提高通间隔离度，还可以抑制高频三极管由于寄生反馈回路产生的震荡问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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