本发明涉及一种高压放大器，具体涉及一种便携式高压放大器。
背景技术：
高压放大器是一种用于开环或闭环控制系统中的精密电子仪器，它输出可调节的直流高压或输出偏置高压与放大的函数信号相叠加的高压信号，广泛应用在量子光学、量子信息以及太赫兹技术领域中的全光纤时域波谱系统中。
常用的单极性高压方波信号主要由台式的高压放大器产生，而台式高压放大器如国内中科院光电技术研究所生产的GD-1型的高压放大器、山大宇光公司生产的直流高压放大器，国外U.S.A Burleigh Instrument Inc.生产的burleighMODEL PZ-70型高压放大器、TEGAM Inc.生产的23xx系列高压放大器等，这些台式高压放大器均体积大，不易携带的缺点。
此外，现有的高压放大器由于金属-氧化物半导体场效应管制作工艺的原因，金属-氧化物半导体场效应管的栅极和源极在导通过程中存在米勒平台电压，此平台电压的存在，影响了栅极和源极间的米勒电容的充电速率，延长了金属-氧化物半导体场效应管导通的时间，因此输出的单极性高压方波信号存在压摆率低的缺点。
太赫兹便携式波普系统往往需要一个体积小、重量轻且能够输出高质量(高压摆率)单极性高压方波信号的高压放大器。
技术实现要素：
本发明是为了解决高压放大器的体积大、不易携带以及输出的单极性高压方波信号的压摆率低的问题而进行的，目的在于提供一种便携式高压放大器。
本发明提供了一种便携式高压放大器，用于将小幅值的单极性方波信号放大为高压摆率的单极性高压方波信号，具有这样的特征，包括：信号输入端，用于输入外部的待放大信号，反向单元，与信号输入端连接，用于对待放大信号进行处理得到两路电压幅值相同、频率相同、相位相差180°的单极性方波信号VP1、VP2，驱动单元，具有美国得捷电子公司生产的UCC27524AQDRQ1驱动芯片，UCC27524AQDRQ1驱动芯片与反向单元连接，用于对单极性方波信号VP1、VP2进行处理得到相位相差180°的具有很高拉电流和灌电流的脉冲信号，变压器具有原线圈、第一副线圈以及第二副线圈，原线圈与驱动单元连接，第一副线圈具有输出引脚5、6，第二副线圈具有输出引脚3、4，上桥臂单元，包括电阻R2、电阻R3、电阻R6、两个并联的二极管D2、隔直电容C8、二极管D3以及金属-氧化物半导体场效应管Q1，第一副线圈的输出引脚5与电阻R2串联后连接到金属-氧化物半导体场效应管Q1的栅极，进而与信号输出端连接，第一副线圈的输出引脚5还与两个并联的二极管D2连接，并依次串联电阻R3与电阻R6后连接到金属-氧化物半导体场效应管Q1的源极，进而与信号输出端连接，第一副线圈的输出引脚6与金属-氧化物半导体场效应管Q1的源极连接后连接到信号输出端，隔直电容C8和二极管D3并联后一端连接到电阻R2之后，另一端连接到电阻R6之后，金属-氧化物半导体场效应管Q1与第三电源连接，下桥臂单元，包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、两个并联的二极管D5、隔直电容C11、二极管D6以及金属-氧化物半导体场效应管Q2，第二副线圈的输出引脚4与电阻R9串联后连接到金属-氧化物半导体场效应管Q2的栅极，进而与信号输出端连接，第二副线圈的输出引脚4还与两个并联的二极管D5连接，并依次串联电阻R10与电阻R11后连接到金属-氧化物半导体场效应管Q2的源极，进而与信号输出端连接，第二副线圈的输出引脚3与金属-氧化物半导体场效应管Q3的源极连接后连接到信号输出端，隔直电容C11和二极管D6并联后一端连接到电阻R9之后，另一端连接到电阻R11之后，金属-氧化物半导体场效应管Q2与第三电源连接，信号输出端用于输出高压摆率的单极性高压方波信号，其中，金属-氧化物半导体场效应管Q1、Q2的交流方波信号同幅同频相位相差180°，金属-氧化物半导体场效应管Q1、Q2快速交替导通。
在本发明提供的便携式高压放大器中，还可以具有这样的特征：其中，待放大信号为单极性方波，单极性方波的可变电压幅值为2.5V～5V，单极性方波的频率小于或等于1MHz。
在本发明提供的便携式高压放大器中，还可以具有这样的特征，还包括：滤波、整形单元，具有美国得捷电子公司生产的电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR，该电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR具有输入引脚2、3、5以及输出引脚4，信号输入端具有引脚1、2，电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输入引脚2与信号输入端的引脚2连接，电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输入引脚3与信号输入端的引脚1连接，电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输入引脚5与第二电源连接，电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输出引脚4与反向单元连接，电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR用于对待放大信号进行滤波、整形得到单极性方波信号VP1。
在本发明提供的便携式高压放大器中，还可以具有这样的特征：其中，反向单元具有导线以及美国得捷电子公司生产的反向器芯片SN74AHC1G14DBVR，导线的一端与电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输出引脚4连接，另一端与UCC27524AQDRQ1驱动芯片连接，反向器芯片SN74AHC1G14DBVR具有输入引脚2、5，以及输出引脚4，反向器芯片SN74AHC1G14DBVR的输入引脚2与电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输出引脚4连接，反向器芯片SN74AHC1G14DBVR的输入引脚5与第二电源连接，反向器芯片U3的输出引脚4与UCC27524AQDRQ1驱动芯片连接，反向器芯片SN74AHC1G14DBVR用于处理单极性方波信号VP1得到单极性方波信号VP2。
在本发明提供的便携式高压放大器中，还可以具有这样的特征：其中，UCC27524AQDRQ1驱动芯片具有输入引脚1、2、4以及输出引脚5、7，变压器的原线圈具有输入引脚1、2，UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输入引脚1与第一电源连接，UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输入引脚2与导线的另一端连接，UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输入引脚4与反向器芯片SN74AHC1G14DBVR的输出引脚4连接，UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输出引脚7与原线圈的输入引脚1连接，UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输出引脚5与原线圈的输入引脚2连接。
在本发明提供的便携式高压放大器中，还可以具有这样的特征：其中，变压器的原线圈、第一副线圈、第二副线圈的线圈匝数比为1:1:1。
在本发明提供的便携式高压放大器中，还可以具有这样的特征：其中，第一电源为VCC9V电压，第二电源为第一电源经过稳压单元处理后输出的VCC5V电压，第三电源为第一电源经过升压单元处理后输出的VCC100V电压。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的便携式高压放大器，因为具有反向单元、驱动单元、变压器、上桥臂单元以及下桥臂单元，所以体积小、成本低，方便携带。驱动单元具有美国得捷电子公司生产的UCC27524AQDRQ1驱动芯片，该驱动芯片可以输出具有很高拉电流和灌电流的脉冲信号，该脉冲信号具有强大的驱动能力可以通过变压器分别使上桥臂单元和下桥臂单元快速交替导通，从而输出高压摆率的单极性高压方波。
此外，上桥臂单元包括电阻R2以及两个并联的二极管D2可以使金属-氧化物半导体场效应管Q1导通的时间大于关断的时间，下桥臂单元包括电阻R9以及两个并联的二极管D5可以使金属-氧化物半导体场效应管Q2导通的时间大于关断的时间。所以金属-氧化物半导体场效应管Q1、Q2不存在同时导通的时刻。
附图说明
图1是本发明的实施例中便携式高压放大器的结构示意图；
图2是本发明的实施例中稳压单元的结构示意图；
图3是本发明的实施例中升压单元的结构示意图；
图4是本发明的实施例中滤波、整形单元和反向单元的结构示意图；
图5是本发明的实施例中驱动单元和变压器的结构示意图；
图6是本发明的实施例中上桥臂单元和下桥臂单元的结构示意图；以及
图7是本发明的实施例中便携式高压放大器的输入信号和输出信号的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明便携式高压放大器作具体阐述。
图1是本发明的实施例中便携式高压放大器的结构示意图。
如图1所示，便携式高压放大器10包括第一电源11、稳压单元12、第二电源13、升压单元14、第三电源15、信号输入端16、滤波、整形单元17、反向单元18、驱动单元19、变压器20、上桥臂单元21、下桥臂单元22以及信号输出端23。
第一电源11为外部提供的9V直流电压(VCC9V)。
图2是本发明的实施例中稳压单元的结构示意图。
如图2所示，稳压单元12内包括TL431电源稳压芯片。TL431电源稳压芯片与第一电源11连接，用于输出第二电源13。第二电源13为稳定的低纹波的5V直流电压(VCC5V)。
图3是本发明的实施例中升压单元的结构示意图。
如图3所示，升压单元14与第一电源11连接，用于输出第三电源15。第三电源15为100V直流电压(VCC100V)。
信号输入端16与外部的电压为9V、电流为2A的直流电源连接，用于输入外部的待放大信号。待放大信号为单极性方波，该单极性方波的可变电压幅值为2.5V～5V，频率小于或等于1MHz。在本实施例中，待放大信号为电压幅值为3.3V、频率为75KHz的单极性方波。信号输入端16具有引脚1和引脚2。
图4是本发明的实施例中滤波、整形单元和反向单元的结构示意图。
如图4所示，滤波、整形单元17，具有美国得捷电子公司生产的电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR，该电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR具有输入引脚2、3、5以及输出引脚4。电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输入引脚2与信号输入端的引脚2连接，电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输入引脚3与信号输入端16的引脚1连接，电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输入引脚5与第二电源20连接。电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR可以对待放大信号进行滤波、整形得到单极性方波信号VP1。在本实施例中，单极性方波信号VP1为电压幅值为5V、频率为75KHz的单极性方波。
反向单元18具有导线以及美国得捷电子公司生产的反向器芯片SN74AHC1G14DBVR。导线的一端与电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输出引脚4连接。反向器芯片SN74AHC1G14DBVR具有输入引脚2、5，以及输出引脚4。反向器芯片SN74AHC1G14DBVR的输入引脚2与电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输出引脚4连接，反向器芯片SN74AHC1G14DBVR的输入引脚5与第二电源20连接。反向器芯片SN74AHC1G14DBVR用于处理单极性方波信号VP1得到单极性方波信号VP2。单极性方波信号VP2与单极性方波信号VP1电压幅值相同、频率相同，相位相差180°，也就是说如果单极性方波信号VP1表示为VP+，则单极性方波信号VP2表示为VP-。
反向器芯片SN74AHC1G14DBVR的输入引脚2与电平电压转换芯片SN74LVIT34DBVR的输出引脚4之间还串联有限流电阻R4，并且导线的一端连接在R4之后。限流电阻R4可以保护电路工作的稳定性。
图5是本发明的实施例中驱动单元和变压器的结构示意图
如图4所示，驱动单元19具有美国得捷电子公司生产的UCC27524AQDRQ1驱动芯片，该驱动芯片是双通道、高速、低侧栅极驱动电压限制器，能够有效地驱动金属-氧化物半导体场效应管电源开关。并且UCC27524AQDRQ1驱动芯片器特有两个通道间相匹配的内部传播延迟，这一特性使得此驱动芯片非常适合于对于双栅极驱动有严格计时要求的应用。
UCC27524AQDRQ1驱动芯片具有输入引脚1、2、4以及输出引脚5、7。UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输入引脚1与第一电源10连接。UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输入引脚2与导线的另一端连接，用于接收单极性方波信号VP1。UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输入引脚4与反向器芯片SN74AHC1G14DBVR的输出引脚4连接，用于接收单极性方波信号VP2。UCC27524AQDRQ1驱动芯片可以对单极性方波信号VP1、VP2进行处理得到两路相位相差180°的具有很高拉电流和灌电流的脉冲信号。
变压器20具有原线圈、第一副线圈以及第二副线圈。原线圈、第一副线圈以及第二副线圈的线圈匝数比为1:1:1。原线圈具有输入引脚1、2。原线圈的输入引脚1与UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输出引脚7连接，原线圈的输入引脚2与UCC27524AQDRQ1驱动芯片的输出引脚5连接。原线圈、第一副线圈以及第二副线圈处的交流方波信号完全相同。第一副线圈具有输出引脚5、6，第二副线圈具有输出引脚3、4。
图6是本发明的实施例中上桥臂单元和下桥臂单元的结构示意图。
如图6所示，上桥臂单元21包括电阻R2、电阻R3、电阻R6、两个并联的二极管D2、隔直电容C8、二极管D3以及金属-氧化物半导体场效应管Q1。
第一副线圈的输出引脚5与电阻R2串联后连接到金属-氧化物半导体场效应管Q1的栅极，进而与信号输出端22连接。
第一副线圈的输出引脚5还与两个并联的二极管D2连接，并依次串联电阻R3与电阻R6后连接到金属-氧化物半导体场效应管Q1的源极，进而与信号输出端22连接。
第一副线圈的输出引脚6与所述金属-氧化物半导体场效应管Q1的源极连接后连接到所述信号输出端22。
隔直电容C8和二极管D3并联后一端连接到电阻R2之后，另一端连接到电阻R6之后。
金属-氧化物半导体场效应管Q1与第三电源连接。金属-氧化物半导体场效应管Q1导通的时间大于关断的时间。
下桥臂单元22包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、两个并联的二极管D5、隔直电容C11、二极管D6以及金属-氧化物半导体场效应管Q2。
第二副线圈的输出引脚4与电阻R9串联后连接到金属-氧化物半导体场效应管Q2的栅极，进而与信号输出端22连接。
第二副线圈的输出引脚4还与两个并联的二极管D5连接，并依次串联电阻R10与电阻R11后连接到金属-氧化物半导体场效应管Q2的源极，进而与信号输出端22连接。
第二副线圈的输出引脚3与所述金属-氧化物半导体场效应管Q3的源极连接后连接到所述信号输出端，
隔直电容C11和二极管D6并联后一端连接到电阻R9之后，另一端连接到电阻R11之后。
金属-氧化物半导体场效应管Q2与第三电源连接。金属-氧化物半导体场效应管Q2导通的时间大于关断的时间。
金属-氧化物半导体场效应管Q1、Q2的交流方波信号电压幅值相同、频率相同、相位相差180°。金属-氧化物半导体场效应管Q1和金属-氧化物半导体场效应管Q2不存在同时导通的时刻，在强驱动力的交流方波信号的驱动下快速交替导通。
信号输出端23连接在金属-氧化物半导体场效应管Q1、Q2之间的节点，用于输出高压摆率的单极性高压方波信号。
信号输出端23与金属-氧化物半导体场效应管Q1、Q2之间的节点之间还设置有用于隔绝交流电的电感线圈L1。
图7是本发明的实施例中便携式高压放大器的输入信号和输出信号的示意图。
如图7所示，通道CH1为待放大信号，其电压幅值为5V，通道CH2为放大后的信号，其电压幅值为107V(由于测量误差，理论值为100V)，由图中可以看出使用便携式高压放大器100可以将小幅值的单极性方波信号放大为高压摆率的单极性高压方波信号。
实施例的作用与效果
根据本发明所涉及的便携式高压放大器，因为具有反向单元、驱动单元、变压器、上桥臂单元以及下桥臂单元，所以体积小、成本低，方便携带。驱动单元具有美国得捷电子公司生产的UCC27524AQDRQ1驱动芯片，该驱动芯片可以输出具有很高拉电流和灌电流的脉冲信号，该脉冲信号具有强大的驱动能力可以通过变压器分别使上桥臂单元和下桥臂单元快速交替导通，从而输出高压摆率的单极性高压方波。
此外，上桥臂单元包括电阻R2以及两个并联的二极管D2可以使金属-氧化物半导体场效应管Q1导通的时间大于关断的时间，下桥臂单元包括电阻R9以及两个并联的二极管D5可以使金属-氧化物半导体场效应管Q2导通的时间大于关断的时间。所以金属-氧化物半导体场效应管Q1、Q2不存在同时导通的时刻。
进一步地，反向单元具有导线以及反向器芯片SN74AHC1G14DBVR，可以将一路信号单极性方波信号VP1变成两路电压幅值相同、频率相同、相位相差180°的单极性方波信号VP1、VP2。并且，反向单元的体积小。
进一步地，UCC27524AQDRQ1驱动芯片是双通道、高速、低侧栅极驱动电压限制器，能够有效地驱动金属-氧化物半导体场效应管电源开关。并且UCC27524AQDRQ1驱动芯片器特有两个通道间相匹配的内部传播延迟，这一特性使得此驱动芯片非常适合于对于双栅极驱动有严格计时要求的应用。
进一步地，变压器具有原线圈、第一副线圈、第二副线圈，并且原线圈、第一副线圈、第二副线圈的线圈匝数比为1:1:1。通过变压器一方面实现输入信号与输出信号的隔离，另一方面第一副线圈和第二副线圈可以各输出一路与原线圈相同的具有很强驱动力的交流方波信号。
进一步地，第一电源为VCC9V电压，第二电源为第一电源经过稳压单元处理后输出的VCC5V电压，第三电源为第一电源经过升压单元处理后输出的VCC100V电压。所有的供电电源的结构简单，体积小，且可以满足便携式放大器的需要。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。