专利名称：有源负电阻电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电学类模拟负电阻电路，具体地说，是涉及一种具有负电阻特性的电路(以下简称负阻电路)，可用于电力输送、通信、电子仪器等领域。
负电阻特性是指端电压极性与电流极性相反，端电压绝对值与电流绝对值成正比的网络特性。US4，873，502，US4，419，638和JP235810分别提出了具有这种特性的电路。US4，873，502利用变压器用耦合元件，优点是电源设置方便，负电阻参数可由变压器的变比决定，缺点是仅限于交流工作场合，通频带较窄。US4，419，638是用晶体管分立元件组成的电路，与外电路直接耦合，不存在上述US4，873，502的缺点，但是，新的缺点是给负阻电路供电的电源，不能与外电路电源共用，否则，将相互影响静态工作点;在大功率的场合，很难使用单电源供电，而且端电压的最大值不能够大于电源电压的二分之一，电源利用率较低。JP235810是用运算放大器和分立元件混合组成的电路，与上述两种电路相比的优点是线性度好，缺点则与US4，419，638相同，而且由于运算放大器的耐压通常较低，很难适应电力输送场合下的高电压要求。上述几种电路的缺点限制了负电路的应用范围。
本发明的任务在于，提出一种输出端电压接近总电源电压和运算放大器耐压，可单电源供电，能与外电路共地和共用电源的负阻电路，并保持US4，419，638和JP235810的优点。
这一任务是通过以下措施实现的1.在JP87235810电路的基础上增加平衡电路[1]，共模跟随电路[2]和平衡电阻R4。
2.为了提高大阻值的跟随精度，增设A3、A4运算放大器并联接成跟随器电路。
3.在A1、A2两运算放大器输出端分别联接互补推挽电路，用以扩大驱动能力。
以下结合附图给出部分电路的实例，并通过这些实例描述出发明的细节。
图1实例提供的是有源负电阻原理框图，其中运算放大器A1和R1、R2、R3组成的电路与JP235810相同。本发明的特征在于增加平衡电路[1]，分别联接于R1和R2公共端，A1输出端和共模跟随电路[2];增加共模跟随电路[2]，分别联接于L1，L2和平衡电路;在A输出端与端子L2之间串联平衡电阻R4。
平衡电路[1]作用是将A、B两点电位钳制在分别高于和低于(或低于和高于)，C点电位，A、B两点电位与C点电位的差值的绝对值相等。在电路设计时，R1和R4阻值相等，这两电阻端电压相同，使得L1，L2两端子的电位分别高于和低于C点电位，L1、L2两点电位的中值与C点电位相等。这时如果将C点电位控制在正负电源的中值，并以此作参考点，网络通过电流时，L1电位的上升和L2电位的下降或L1电位的下降和L2电位的上升是同时存在并绝对值相等。理想情况下，A、B两点电位可升降至正负电源值，若R1、R4取值远远小于等效负电阻绝对值，L1、L2的电位分别接近A，B两点的电位，使得L1、L2两端电压可接近正负单电源值。
共模跟随电路[2]的作用是将C点电位钳制在L1、L2两点电位的中值附近。当负电阻与外电路共用电源或共地(R7、R8公共端接地)联接时，如果L1、L2两端相对地点有共模电压出现，共模跟随电路[2]将驱使C点和AB两点电位随共模电压变化。这种变化的效果将使得R1和R4两端电压不受共模电压影响，变化电流极小，网络对外的共模阻抗很大，以提高共模抑制能力。
图2实例提供了一种有源负电阻电路。其中A2、R、R5、R9、R7、R8组成平衡电路，当负阻电路与外电路无共地和共电源联接时，A2的同相输入端电位是由R7、R8的分压决定，通常处于正负电源的中值点。从运算放大器的特性可知，同相输入端与反相输入端的电位近似相等，输入电流近似为零。所以，反相输入端电位与C点相同，R5和R6两电阻的电流相同，这时令R5与R6阻值相等，则B点与C点的电位差和A点与C点的电位差绝对值相同，极性相反，实现了平衡电位的作用。
共模跟随电路由R10，R11组成，在设计参数时，这两电阻的阻值远远小于R7、R8和R9网络等效电阻，R10、R11与这一网络电阻分压后，可以在C点得到一个与L1，L2共模电位接近的电位。实现共模跟随。
图3实施例提供了一种适合较大阻值的有源负电阻电路。根据负电阻特性，与负电阻并联的电阻值必须大于负电阻绝对值，才能保证负电阻电路工作在线性区。这就要求图2电路中的R10、R11两电阻的串联值，大于负电阻绝对值，而R10、R11的阻值较大时，很难保证这两电阻远远小于R7、R8、R9网络等效电阻的要求。为了解决这一矛盾，采用图3所示电路结构，用A3，A4运算放大器作阻抗变换后驱动R10、R11和电阻网络，在这种情况下，负电阻阻值较大时，也可以选用较小的R10、R11。
图4提供的实施例是一种大功率有源负电阻电路。其中，A1、A2两运算放大器的输出端都有互补推挽功放电路，这是因为外电路的电流通过A1，A2两输出端构成回路，使得两运算放大器都应具有较大电流驱动能力。
本发明与JP235810相比，优点是明显的。引入平衡电路以后，在相同电源电压和运算放大器耐压情况下，负电阻额定工作电压能提高一倍;可以使用单电源供电，在许多场合能带来方便或降低产品成本;共模抑制能力提高后，能与外电路共用电源或共地联接，扩大了应用范围，抗干扰能力强。
附图和图面说明图1.有源负电阻电路原理框2.有源负电阻电路实例图3、大阻值有源负电阻电路图4、大功率有源负电阻电路本发明的实例可用于多种场合。在交流电源传输线中串联有源负电阻电路后，线路电阻与负电阻的总阻为二者的差值，如果负电阻与线路电阻阻值相等，总电阻为零。这时不论负载电流大小，都不会因线路压降而造成负载端电压的波动。
在精密稳压电源中设置有源负电阻后，适当调节阻值可补偿电源内阻和外线路电阻，使精密电源能在较大动态电流下，保持电压恒定，这种方式比通常使用的四线输出方式使用更方便。
将有源负电阻电路做成组件后，可用于电子仪器内部，与普通电阻、电容联接，能方便地组成双稳态电路，自激多谐振荡器，放大器等。
权利要求
1.一个由运算放大器A1、电阻R1、R2、R3组成的有源负电阻电路，其特征是R1、R2公共端和A1输出端之间联接有平衡电路[1]；A1输出端与端面L2之间联接有电阻R4；L1、L2两端面之间并接共模跟随电路[2]，[1]与[2]连通。
2.根据权力要求1所述的电路，其进一步的特征为A2输出端与R1、R2的公共端连接;同相输入端通过R9与R7、R8的公共端连接，同相输入端还连接于R10、R11的公共端;A2反相输入端通过R5接A1输出端。
3.根据权力要求1所述的电路，进一步的特征为R10的一端接端子L1，另一端接A2同相输入端和R11，R11的另一端接端子L2。
4.根据权力要求1所述的电路，进一步的特征为端子L1接A3同相输入端，该运算放大器反相输入端与输出端相连，并接于R10一端;端子L2接A4同相输入端，该运算放大器反相输入端与输出端连接，并接于R11的一端。
5.根据权力要求1所述的电路，进一步的特征为R1和R4阻值相等。
6.一种大功率有源负电阻电路，其特征为A1和A2的输出端分别接有互补推挽放大器。
全文摘要
由运算放大器，电阻和晶体管组成的网络，具有负电阻特性。主要特征是设置有电压平衡电路和共模跟随电路。该电路可单电源供电，额定工作电压接近电源电压，能与外电路共用电源和共地联接，抗干扰能力强。
文档编号H03H11/52GK1067771SQ9110391
公开日1993年1月6日 申请日期1991年6月14日 优先权日1991年6月14日
发明者周琨, 李霁红 申请人:中国人民解放军第二炮兵第一研究所