专利名称：宽动态范围的多通道高电压功率放大仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于功率放大器技术领域，具体涉及到在集成电路中只用半导体器件的功率放大器。
PZT等压电材料被用于航空航天结构的振动控制、光学系统的精密定位等，是目前非常重要研究领域。这类材料需要高电压驱动，属于容性负载，驱动电压为几百伏甚至于上千伏，但目前还没有可供PZT等压电材料高电压驱动的仪器。
本实用新型的目的在于提供一种成本低、可实现多种电压范围、多种驱动功率输出的宽动态范围的多通道高电压功率放大仪。
为达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是它包括1～4个可编程放大电路对输入的弱电压信号进行前置放大输出。它包括1～4个与可编程放大电路相对应的高压功率放大电路，其输入端分别接相对应的可编程放大电路的输出端，该电路输出的高压功率信号即可驱动外部负载，同时输出到信号衰减电路。它包括1～4与高压功率放大电路相对应的信号衰减电路，对输入的电压信号进行降压输出到数字电路。它包括数字电路，输入端接可编程放大电路和高压功率放大电路，输出端接可编程放大电路，该电路把输入的电信号转换成数字信号，进行数据处理，动态显示出电压数据，并对可编程放大电路的放大倍数进行数字控制。它还包括为整机提供工作电源的电源电路。
本实用新型的高压功率放大电路包括放大电路、正相放大电路、负相放大电路、抗自激振荡电路，放大电路的输入端接可编程放大电路的输出端、输出端接正相放大电路和负相放大电路，抗自激振荡电路与正相放大电路和负相放大电路相连接。
本实用新型是完整的仪器，它的高压功率放大电路集成为模块，与普通运算放大器一样具有互换性，频率响应范围为0Hz-5kHz，电压量程从±100V到±500V，输出功率从5W到50W，它具有成本低、频率响应范围宽、电压量程大、输出功率灵活可变等优点，可用于PZT等压电材料的高电压驱动，还可用于高电压功率信号发生器。
图1是本实用新型的电气原理方框图。
图2是本实用新型一个实施例的一个可编程放大电路图。
图3是本实用新型一个实施例的一个高压功率放大电路图。
图4是本实用新型的信号衰减电路和数字电路图。
图5是本实用新型的电源电路图。
设计人给出了本实用新型第一个实施例，在本实施例中采用一个可编程放大电路，一个高压功率放大电路，与数字电路、电源电路连接构成
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。
在图1中，外部的弱电压信号输入到可编程放大电路，进行前置放大，输出到高压功率放大电路及数字电路，高压功率放大电路输出的高压功率信号即可驱动外部负载，同时将衰减的高压功率信号输出到数字电路，数字电路把输入的电信号转换成数字信号，进行数据处理，动态显示出电压数据，数字电路对可编程放大电路的放大倍数进行数字控制。电源电路将220V的交流电变成±190V、±15V、+5V直流电，为可编程放大电路提供±15V和+5V工作电源、为数字电路的单片计算机和模／数转换器以及液晶显示器提供+5V工作电源、为高压功率放大电路提供±190V和±15V工作电源。
图2给出了本实施例的一个可编程放大电路图。在图2中，本实施例的可编程放大电路由集成电路U1、运算放大器U2A、运算放大器U2B、R1～R3、P1连接构成，集成电路U1的型号为AD526，运算放大器U2A和运算放大器U2B的型号为TL084。外部的弱电压信号输入到集成电路U1的信号输入3脚，R1为输入端电阻，集成电路U1的输出8脚和9脚接运算放大器U2B的正相输入端，运算放大器U2B反相输入端接输出端将放大信号输出到数字电路，运算放大器U2B的正相输入端接P1一端，P1的可调端接运算放大器U2A的正相输入端，运算放大器U2A的反相输入端通过R2接输出端和通过R3接地。运算放大器U2A将集成电路U1输出的放大信号再进行放大，输出到高压功率放大电路。
图3给出了本实施例一个高压功率放大电路图。在图3中，本实施例的高压功率放大电路是由运算放大器U3、三极管Q1～三极管Q6、R4～R20、C1集成为模块，运算放大器U3的型号为OP07EP，运算放大器U3、R4、R19、R20连接成放大电路，三极管Q1～三极管Q3、R6、R8、R10、R12、R16、R17连接成正相放大电路，三极管Q4～三极管Q6、R5、R9、R11、R13、R14连接成负相放大电路，R18、C1连接成自激振荡电路，R15为正相放大电路和负相放大电路的公用电阻。运算放大器U3的正相输入端接可编程放大电路运算放大器U2A的输出端并通过R4接地、反相输入端通过R20接地以及R19的一端、输出端通过R6接三极管Q1的基极并通过R7接三极管Q4的基极，R10的一端接三极管Q1的基极和R8的一端、另一端接15V电源，R8的另一端接R9、R12、R13、R15、R18、C1，R9的另一端接三极管Q4的基极并通过R11接15V电源负极，R12的另一端接三极管Q1的发射极，R13的另一端接三极管Q4的发射极，R15的另一端接地，R18的另一端和C1的另一端接三极管Q2和三极管Q5的集电极，三极管Q2的基极接三极管Q1的集电极和R16的一端，R16的另一端接190V电源，三极管Q2的发射极接三极管Q3的基极和R17的一端，R17的另一端接190V电源，三极管Q3的集电极接三极管Q2的基极，三极管Q5的基极接三极管Q4和三极管Q6的集电极、发射极接三极管Q6的基极和R5的一端，三极管Q6的集电极接三极管Q5的基极和R14的一端，R5和R14的另一端接190V电源负极。三极管Q1、Q2和Q3用于放大运算放大器U3输出的正相电压，Q4、Q5和Q6用于放大运算放大器U3输出的负相电压，其中Q2和Q5用于实现功率输出。
在图4中，本实施例的信号衰减电路由运算放大器U2C、R25、电位器P2连接构成，运算放大器U2C的型号为TL084。R25的一端接高压功率放大电路三极管Q2和三极管Q5的集电极、另一端接电位器P2的一端，P2的可调端接运算放大器U2C的正相输入端、另一端接地，运算放大器U2C的反相输入端和输出端接数字电路。
在图4中，本实施例的数字电路由模／数转换器U5、单片机U4、液晶显示器MDL(S)-20269、D1、D2、R21～R24、C2～C6、电解电容E1～电解电容E3、电位器P3、振荡器XTAL1、按键K1～按键K3连接构成，模／数转换器U5的型号为MAX197，单片机U4的型号为89C51，模／数转换器U5模拟输入17脚接信号衰减电路运算放大器U2C的输出端，模／数转换器U5模拟输入16脚接可编程放大电路运算放大器U2B的输出端。模／数转换器U5的内部基准26脚接电解电容E3、内部基准调节25脚接C6、电源27脚接C5和电解电容E2、8位数据端口7脚～14脚分别接单片机U4的数据口32脚～39脚，C5、C6、电解电容E2、电解电容E3的另一端接地，模／数转换器U5的写控制3脚接单片机U4的P20、读控制4脚接单片机U4的P21、片选通2脚接单片机U4的P22、转换结束信号24脚接单片机U4的P30、高低字节读控制信号5脚接单片机U4的P23，K1、K2和K3的一端接地、另一端分别接单片机U4的P32、P33和P34，并分别通过R21、R22和R23接电源，C2、C3和振荡器XTAL1组成振荡电路，接单片机U4的18、19脚，电解电容E1和R24组成复位电路，接单片机U4的复位9脚，单片机U4的8位数据口32脚～39脚分别接液晶显示器MDL(S)-20269的14脚～7脚，MDL(S)-20269的4脚、读写控制5脚和使能信号6脚分别接单片机U4的P24、P25和P26，MDL(S)-20269的对比度控制3脚接电位器P3的可调端、内置背光板的电源端通过D2和D1接电源，电位器P3的一端接电源、另一端接地。来自可编程放大电路和信号衰减电路的电信号输入到模／数转换器U5，将模拟信号转换成数字信号输出到单片计算机U4，单片计算机U4对数字信号进行数据处理并输出到液晶显示器MDL(S)-20269，动态显示电压数据，单片计算机U4通过P11、P10对可编程放大电路的放大倍进行数字控制，放大倍数为1、2、4、8四档。
在图5中，本实用新型的电源电路由电源滤波器A10SPL0127、整流全桥10A／600V、交流／直流变换模块HAS5-15-W、直流／直流变换器5D15、四块大功率直流／直流变换模块VI-200、电解电容E4～E7、C7～C9、熔断器FU、开关S1连接构成。电源滤波器A10SPL0127的输入端通过开关S1和熔断器FU接220V交流电、输出端一路接整流全桥10A／600V另一路接交流／直流变换模块HAS5-15-W，整流全桥10A／600V的正端输出3脚分别接四块大功率直流／直流变换模块V1～V4的正相输入端、负端输出4脚分别接四块大功率直流／直流变换模块V1～V4的负相输入端，电解电容E4是整流全桥10A／600V的滤波器，大功率直流／直流变换模块V1的正电压输出端接大功率直流／直流变换模块V2的负电压输出端，大功率直流／直流变换模块V1的负电压输出端输出-190V直流电压，大功率直流／直流变换模块V2的正电压输出端接大功率直流／直流变换模块V3的负电压输出端，作为地，大功率直流／直流变换模块V3的正电压输出端接大功率直流／直流变换模块V4的负电压输出端，大功率直流／直流变换模块V4的正电压输出端输出+190V直流电压，±190V输出为高压功率放大电路提供电源。交流／直流变换模块HAS5-15-W将220V交流电变为+5V直流电源输出，为数字电路提供工作电源，C7和电解电容E5是+5V的滤波电容，交流／直流变换模块HAS5-15-W输出端还接直流／直流变换模块5D15，直流／直流变换模块5D15将5V电压变为±15V电压输出，为可编程放大电路提供工作电源，C8和电解电容E6是+15V的滤波电容，C9和电解电容E7是-15V的滤波电容。
设计人给出了本实用新型第二个实施例。在本实施例中，采用结构完全相同的四个可编程放大电路和四个高压功率放大电路以及四个信号衰减电路，与数字电路、电源电路连接构成。每个可编程放大电路和高压功率放大电路以及信号衰减电路与第一个实施例的可编程放大电路和高压功率放大电路以及信号衰减电路完全相同。外部的弱电压信号分别输入到四个可编程放大电路，四个可编程放大电路的一输出端分别接数字电路模／数转换器的输入16脚、18脚、20脚，22脚，四个可编程放大电路的另一输出端分别接四个高压功率放大电路的输入端。四个高压功率放大电路的输出端分别接四个信号衰减电路的输入端，四个信号衰减电路的输出端分别接数字电路模／数转换器的输入17脚、19脚、21脚、23脚。其它电路元器件的连接关系，电路与电路之间的连接关系与第一个实施例完全相同。
根据上述原理，还可设计出另外一种具体结构的宽动态范围的多通道高电压功率放大仪。
权利要求1.一种宽动态范围的多通道高电压功率放大仪，它包括1～4个可编程放大电路对输入的弱电压信号进行前置放大输出；1～4个与可编程放大电路相对应的高压功率放大电路，其输入端分别接相对应的可编程放大电路的输出端，该电路输出的高压功率信号即可驱动外部负载，同时输出到信号衰减电路；1～4与高压功率放大电路相对应的信号衰减电路，对输入的电压信号进行降压输出到数字电路；它包括数字电路，输入端接可编程放大电路和高压功率放大电路，输出端接可编程放大电路，该电路把输入的电信号转换成数字信号，进行数据处理，动态显示出电压数据，并对可编程放大电路的放大倍数进行数字控制；它还包括为整机提供工作电源的电源电路。
2.按照权利要求1所述的宽动态范围的多通道高电压功率放大仪，其特征在于所说的高压功率放大电路包括放大电路、正相放大电路、负相放大电路、抗自激振荡电路，放大电路的输入端接可编程放大电路的输出端、输出端接正相放大电路和负相放大电路，抗自激振荡电路与正相放大电路和负相放大电路相连接。
专利摘要一种宽动态范围的多通道高电压功率放大仪,它包括1～4个可编程放大电路、1～4个与可编程放大电路相对应的高压功率放大电路、1～4个与高压功率放大电路相对应的信号衰减电路、数字电路以及电源电路,它具有成本低、频率响应范围宽、电压量程大、输出功率灵活可变等优点,可用于PZT等压电材料的高电压驱动,还可用于高电压功率信号发生器。
文档编号H03F3/26GK2416667SQ0022630
公开日2001年1月24日 申请日期2000年4月19日 优先权日2000年4月19日
发明者徐明龙 申请人:西安交通大学