专利名称：低噪声高压放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高压放大器，具体是一种低噪声高稳定输出的高压放大器。
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叠加的高压信号，可用于量子光学领域中的稳频、锁腔或作为高压直流电源等。现有技术中，如国内中科院光电技术研究所生产的GD-I型的高压放大器，国外 U. S. ABurleigh Instrument, inc.生产 burleigh MODEL PZ-70 型的高压放大器等。上述高压放大器包括GAIN信号缓冲、BIAS信号缓冲、两信号叠后输入反相放大器，再将反相放大器的输出信号输入驱动器，去推动放大器，放大器的输出信号输入末级功放，末级功放所提直流高压或直流高压调制的函数信号送至高压放大器输出端，线性直流稳压电源给放大器和末级功放提供高压稳压电源，高压放大器在放大模式下将直流高压调制函数信号输出。直流高压从0 1000VDC任意调节，函数信号输出从0 500Vpp任意调节。但是，它们的输出端(HV OUT)噪声电压约50mV，在某些高精度稳频、锁腔系统中，由于其输出噪声电压太大，而不能满足实用要求。特别当激光器在稳频或锁腔时调制信号须经主高压放大回路，容易造成输出信号的信噪比下降。
发明内容本实用新型的目的是提供一种低噪声高压放大器，这种放大器输出端的噪声小于 IOmV,频率相应更加平坦，可用于高精度稳频系统和锁腔系统中，也可用于其它要求低噪声高电压的场合。本实用新型提供的一种低噪声高压放大器，包括GAIN信号调节、BIAS调节跟随器、加法器、电平搬移、末级功放、低压直流稳压电源、高压直流电源、高压直流电源控制和调制信号耦合器；输入信号经过GAIN调节后，与BIAS调节跟随器的信号在加法器中相加， 送入电平搬移，之后再送入末级功放，末级功放输出的高压信号与调制信号耦合器输出的调制信号叠加后输出到负载；高压直流电源为末级功放供电；低压直流稳压电源为其它部分供电；高压直流电源控制控制高压电源的起停；所述的末级功放由两个固定在散热器上的N沟道高压场效应管连接组成，散热器与主电路板分离并接地，从而有效降低了整机噪声；在末级功放输出端与加法器之间接有反馈电阻，并与反馈电阻并联一支电容，使高压放大器的频率相应更加平坦；所述的调制信号耦合器由一个电位器通过一支电容连接到一个运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端经一支电容和一支电阻串连到末级功放的输出端；这种设计解决了调制信号经主放大回路造成输出信号的信噪比下降的问题。所述的电平搬移由两个高压PNP型晶体管串联组成，使Q2可在源极电压为-360V 时可以正常工作，从而保证输出电压可达-350V +350V。在N沟道高压场效应管Q2的栅极与源极间并接了一个15-18V的稳压二极管D2，使高压管GS极间不会有超过18V的电压，从而保证了该管的安全工作。与现有技术相比本实用新型的优点和效果本实用新型采用高压直流电源控制控制高压电源的起停，当低压直流稳压电源工作异常时，高压电源无法启动，从而可以保护前端低压器件不被高压损坏，也保证了在开关机时没有大的电压波动出现，从而保证证了负载的安全、稳定可靠的工作；本实用新型中末级功放采用N沟道高压场效应管，因场效应管的导电机理为多子导电，从而有效降低了整机噪声；此外，输出N沟道高压场效应管是作为恒流源工作，在输出端发生短路故障不会造成本机的损坏，从而保证该机工作更加安全可靠。本实用新型中调制信号耦合器采用运算放大器U4构成电压跟随器，并通过电阻 R24和电容C20将调制信号耦合至高压输出端，避免了调制信号经主放大回路造成输出信号的信噪比下降。本实用新型低噪声高压放大器输出电压摆幅士350V，稳定性达到士0. IV (8小时内)，噪声电压< 5mVpp。可用于高精度稳频系统和锁腔系统中，也可用于其它要求低噪声高电压的场合。
图1是本实用新型低噪声高压放大器电路结构框图。图中=I-GAIN信号调节， 2-BIAS调节跟随器，3-加法器，4-电平搬移，5-末级功放，6-低压直流稳压电源，7-高压直流电源，8-高压直流电源控制，9-调制信号耦合器。图2是本实用新型低噪声高压放大器电路原理图。图3是本实用新型低噪声高压放大器的高压直流电源控制8的电路原理图。
具体实施方式
图1、图2和图3所示的是本实用新型的一种低噪声高压放大器的具体实施方式
。图1所示的是本实用新型低噪声高压放大器电路结构框图，它包括GAIN信号调节 1、BIAS调节跟随器2、加法器3、电平搬移4、末级功放5、低压直流稳压电源6、高压直流电源7、高压直流电源控制8和调制信号耦合器9 ；输入信号经过GAIN信号调节1后，与BIAS 调节跟随器2的信号在加法器3中相加，送入电平搬移4，之后再送入末级功放5，末级功放 5输出高压信号；高压直流电源7为末级功放5供电；低压直流稳压电源6为其它部分供电； 高压直流电源控制8控制高压电源的起停。图2是本实用新型低噪声高压放大器电路原理图，其中包括电位器Sl构成GAIN 信号调节1，电位器P0T2和运算放大器Ul构成BIAS调节跟随器2，运算放大器U2构成加法器3，PNP型晶体管Ql和Q3组成电平搬移4，N沟道高压场效应管Q2和Q4组成末级功放 5 ；电位器Sl的1端连接输入信号，Sl的滑动端接加法器U2的反相输入端，P0T2滑动端接入Ul的同相输入端，由Ul跟随输出偏置信号，该偏置信号接入U2的同相输入端，加法器输出信号接入电平搬移Ql的发射极，电平搬移输出信号由Q3集电极接入末极功放晶体管Q2 的栅极，由Q4源极经电阻R22和R23输出高压信号；Q2和Q4固定在散热器上，散热器与主电路板分离并接地。在末级功放5输出端与加法器3的U2之间接有反馈电阻R15，并与R15并联一支
4电容C14，使高压放大器的频率相应更加平坦。在高压N沟道场效应管Q2的G极与S极间并接了一个15V的稳压二极管D2，使高压管GS极间不会有超过15V的电压，从而保证了该管的安全工作。末级功放管Q4与R16、R22和Dl组成了恒流源电路，其输出电流限制在IOmA左右的范围，这样在输出端就无需再加限流保护电路。在输出端发生短路故障不会造成本机的损坏，从而保证该机工作更加安全可靠。调制信号耦合器9由POT通过C21连接到U4的同相输入端，U4的输出端经C20和 R24串连到末级功放5的输出端BNC2，该设计避免了调制信号经主放大回路造成输出信号的信噪比下降。图3是本实用新型低噪声高压放大器的高压直流电源控制8电路原理图，高压直流电源7是士 360V、高压直流电源控制8由光控双向硅0C_TRI_1、0C_TRI_2、运算放大器 JlA和JlB组成。低压电源士 12V分别接JlA的同相输入端和JlB的反相输入端，JlA和 JlB的输出分别接光控双向硅0C_TRI_1、0C_TRI_2的1端控制高压电源的输出。本实用新型低噪声高压放大器的低压直流稳压电源6是士12V，为系统中所有的运算放大器供电。由图2、图3可以看出，当低压电源士 12V没有达到额定值时，运算放大器JlA和 JlB的输出为负，光控双向硅0C_TRI_1和0C_TRI_2关断，输出高压电源电压为0，从而保护低压电路部分；在电路中使用了 N沟道场效应管，因场效应管的导电机理为多子导电，从而降低了整机噪声。本实用新型低噪声高压放大器经过样机测试达到的技术指标输出电压摆幅士350V，稳定性达到士0. IV(8小时内)，噪声电压< 5mVpp0
权利要求1.一种低噪声高压放大器，其特征在于，包括GAIN信号调节(1)、BIAS调节跟随器 (2)、加法器(3)、电平搬移(4)、末级功放(5)、低压直流稳压电源(6)、高压直流电源(7)、 高压直流电源控制(8)和调制信号耦合器(9)；输入信号经过GAIN信号调节(1) 后，与 BIAS调节跟随器(2)的信号在加法器(3)中相加，送入电平搬移G)，之后再送入末级功放 (5)，末级功放( 输出的高压信号，与调制信号耦合器(9)输出的调制信号叠加后输出到负载；高压直流电源(7)为末级功放( 供电；低压直流稳压电源(6) 为其它部分供电； 高压直流电源控制(8)控制高压电源的起停；所述的末级功放(5)由两个固定在散热器上的N沟道高压场效应管连接组成，散热器与主电路板分离并接地；在末级功放( 输出端与加法器(3)之间接有反馈电阻，并与反馈电阻并联一支电容；所述的调制信号耦合器(9)由电位器通过电容连接到运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端经电容和电阻串连到末级功放(5)的输出端。
2.如权利要求1所述的低噪声高压放大器，其特征在于，所述的电平搬移(4)由两个高压PNP型晶体管串联组成。
3.如权利要求1所述的低噪声高压放大器，其特征在于，在N沟道高压场效应管的栅极与源极间并接了一个15-18V的稳压二极管。
专利摘要本实用新型提供了一种低噪声高压放大器，包括GAIN信号调节(1)、BIAS调节跟随器(2)、加法器(3)、电平搬移(4)、末级功放(5)、低压直流稳压电源(6)、高压直流电源(7)、高压直流电源控制(8)和调制信号耦合器(9)；所述的末级功放(5)由两个N沟道高压场效应管连接组成；所述的调制信号耦合器(9)由一个电位器通过一支电容连接到一个运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端经一支电容和一支电阻串连到末级功放(5)的输出端。高压放大器输出电压摆幅±350V，稳定性达到±0.1V(8小时内)，噪声电压＜5mVpp。可用于高精度稳频系统和锁腔系统中，也可用于其它要求低噪声高电压的场合。
文档编号H03F1/52GK202034947SQ20112009708
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者张宽收, 李凤琴, 王尚廉, 王文哲, 郑耀辉 申请人:山西大学