专利名称：基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种平衡信号与非平衡信号转换电路，更具体的说，尤其涉及ー种基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号互相转换电路。
背景技术：
在音频设备和仪器仪表中，经常需要将平衡信号转换为非平衡信号，或者将非平衡信号转换为平衡信号。平衡信号与非平衡信号之间的转换，需要由转换电路完成。传统的转换电路一般采用变压器制作，整机的体积和重量都比较大。当输入信号频率范围较宽时，不但变压器的制作非常困难，而且转换电路的幅频特性也不好，还需要外加硬件均衡电路或采用软件校正。 发明内容本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了ー种具有较小的体积和重量且转换频率范围广的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号互相转换电路。本实用新型的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，由平衡信号到非平衡信号的转换电路包括阻抗匹配电路、第一射极跟随器、第一反相器、第二射极跟随器以及相加器，平衡信号的一端经阻抗匹配电路与第一射极跟随器相连接，平衡信号的另一端经阻抗匹配电路与第一反相器相连接，第一反相器的输出端与第二射极跟随器的输入端相连接；第一、第二射极跟随器的输出信号经相加器的运算后形成非平衡输出信号；由非平衡信号到平衡信号的转换电路包括运算放大电路、第三射极跟随器、第二反相器以及第四射极跟随器，非平衡信号经运算放大电路处理后分为两路分别输入到第三射极跟随器以及第ニ反相器的输入端，第二反相器的输出端与第四射极跟随器的输入端相连接；第三、第四射极跟随器的输出经输出电阻后形成平衡信号的两输出端，所述第三射极跟随器和第四射极跟随器的电路结构完全相同。由平衡信号到非平衡信号的转化电路中，阻抗匹配电路实现输入电阻的匹配；射极跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化；第一和第二反相器均实现信号的反相作用。对于平衡信号来说，一路直接由射极跟随器处理，另一路经反相后再由射极跟随器处理，两射极跟随器的输出信号在相加器中进行加法运算，在加法运算时平衡信号受到的共模干扰信号就会被减掉，有效地滤除了平衡信号在传输过程中的收到的干扰。对于非平衡信号来说，首先对非平衡信号进行放大，然后分成两路，一路直接经射随器输出，另一路经反相后再经过射随器输出，且两射随器的电路完全一致，这样，两路幅度相同、相位相反的信号以平衡形式输出，便于进行长距离传输。本实用新型的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，所述阻抗匹配电路的输出端还设置有用于对平衡信号的幅度进行衰耗的衰耗器电路。当输入信号的幅度超过OdB时，増加衰耗器可以保证转换电路信号不失真。本实用新型的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，所述第一、第二射极跟随器分别由三极管Ql和Q3构成，第一反相器由三极管Q2组成；三极管Q2的集电极和发射极上分別串联有电阻RlO和R11，Q3的基极与Q2的集电极线连接，Q3的发射极经电阻R13和稳压管后接于电源地上；电阻RlO与Rll相等。令电阻RlO与Rll的阻值相等，保证了反相器的放大倍数等于I。本实用新型的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，所述相加器由运算放大器OP构成，三极管Ql和Q3的发射极分别经R14和R15后与电容C7、C8构成的并联电路的一端相连接，电容C7、C8构成的并联电路的另一端与运算放大器OP的输入端相连接；相加器的输出端经电容ClO和Cll构成的并联电路后输出。采用两电容相并联的形式，加强对高频率和低频率信号的耦合，保证了整个转换电路具有较宽的频带。本实用新型的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，所述第 三射极跟随器电路中设置有三极管Q4、负反馈电容C4以及由三极管Q5构成的恒流源，三极管Q4的集电极经电阻R13后与电源正极相连接，Q5的发射极经电阻R14与电源地相连接，Q4的发射极与Q5集电极相连接；Q5的基极经电阻R9和R8后与电源正极相连接，经电阻R9和RlO后与电源地线连接；所述负反馈电容C4的两端分别与Q4的集电极以及电阻R8和R9的连接处相连接。将三极管和电阻构成的恒流源设置在射极跟随器的发射极上，稳定了三极管的静态工作电流，提高了电路的温度特性。负反馈电容起交流负反馈作用，以便稳定射极输出器的交流工作点，改善频率特性。本实用新型的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，所述第三、第四射极跟随器上的输出电阻相等，为300 Ω或75 Ω。本实用新型的有益效果是本实用新型的信号转换电路，在平衡信号到非平衡信号的转化过程中，一路直接通过射随器处理，另一路经过反相器的反相后再通过射随器进行处理，最后两射随器输出的信号再进行加法运算，有效地去除了平衡信号在传输过程中受到的干扰，保证了平衡信号到非平衡信号的不失真转换。在由非平衡信号到平衡信号的转换过程中，首先对非平衡信号进行运算放大，处理后信号一路经射随器输出，另一路先经反相再经射随器输出，且两射随器的电路结构和參数完全相同，有效地形成了幅度相同、相位相反的平衡信号。本实用新型的信号转换电路舍弃传统的宽带变压器，以运算放大器和射极跟随器为中心，设计的转换电路，可分别完成平衡信号转换为非平衡信号以及非平衡信号转换为平衡信号两种功能，且交流信号的频率转换范围较宽；既减小了设备的体积和重量，又能改善整机的频率特性。
图I为平衡信号转换为非平衡信号的原理图；图2为由平衡信号转到非平衡信号转换的电路图；图3为非平衡信号转换为平衡信号的原理图；图4为非由平衡信号转到平衡信号转换的电路图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进ー步说明。[0018]如图I所示，给出了平衡到非平衡信号之间的转换原理图，平衡信号的一路经阻抗匹配后直接由射随器处理，另一路经阻抗匹配后先由反相器反相，再经由射随器处理；两射随器输出的信号再经过相加器相加，产生非平衡信号，实现了平衡信号到非平衡信号的转换。图2给了平衡到非平衡信号的电路图，电阻Rl的两端为平衡信号的两输入端，Rl是输入匹配电阻，根据平衡式信号源的输出阻抗决定，通常是600Ω或150Ω。三极管Q1、Q3及相应的外围电路分别构成了第一、第二射极跟随器电路，Q2以及外围电路构成了第一反相器电路，运算放大器OP及外围电路构成了相加器。所示的电阻R2和R3用于形成对地电压信号；电容Cl与电解电容C2的并联电路以及电容C3与电解电容C4的并联电路，可保证较低频和较高频信号都能通过，保证电路具有较宽频率范围的信号转换功能。三极管Q1、Q3构成的第一、第二射极跟随器具有输入阻抗大，输出阻抗小的特点，能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化，保证信号的不失真转换。平衡信号的一端经Ql的发射极输出后接到运算放大器的反相输入端，另一端经Q2的反相后输入到Q3的基极，再由Q3的发射极输出；由Ql和Q3输出的信号经过电容C7、C8构成的并联电路后输入到运算放大器OP的反相输入端，经相加器的加法运算后输出，实现了平衡信号到非平衡信号的转换。在输出端ロ设置有电容ClO和电解电容Cll的并联电路，以便具有较宽的频率输出。其中，为了使反相器仅实现反相功能，设置在Q2集电极和发射极上的电阻RlO和Rll取值应接近或相等，以便使反相器的放大倍数等于I。同时根据需要，运算放大器应设定合适的放大倍数，以便提高信号转换的灵敏度。运算放大器OP可以选用低噪声电流型运放LM359，以保证转换的精度，同时满足整机噪声指标的要求。ニ极管D1、D2和D3、D4对输入信号进行限幅，用于保护Q1、Q2两个三极管。如果输入信号的幅度超过OdB，还应在整个电路的输入端加适当的衰耗器，以保证转换电路信号不失真。该电路可完成频率从200Hz到2MHz，甚至范围更宽的交流信号的平衡到不平衡的不失真转换。一般用在测量仪表或音频设备的前端。如图3所示，给出了非平衡信号转换为平衡信号的原理图，所示的非平衡信号首先经过运算放大器进行放大处理，形成两路信号，一路是经射随器送到平衡端子ー输出，另一路是经反相器的处理后再通过射随器送到平衡端子ニ输出，这样就实现了非平衡信号到平衡信号之间的转换。如图4所示，给出了具体的电路图，所示的双运算放大器的两个运放分别构成了运算放大电路和第二反相器，三极管Q4、Q6以及外围电路分别构成了第三、第四射极跟随器。在非平衡信号的输入端以及平衡信号的两输出端均设置有电容并联电路，以保证较宽频率范围内的交流信号的耦合。两个虚线框内的所有对应元件的參数应严格一致，这样从Po ロ输出的两路信号即是幅度相同、相位相反的平衡信号。三极管Q2(Q4)与外围电阻R9、RlO和R14 (R18、R19和R21)构成恒流源电路，以稳定射极输出器Ql (Q3)的静态工作电流，提高温度特性。同时，恒流源的输出阻抗为无穷大，用其作为射随器的发射极电阻Re，设三极管Ql (Q3)的放大系数为β，可以使射极输出器的电压跟随系数更接近于1，见下式。权利要求1.一种基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，其特征在于由平衡信号到非平衡信号的转换电路包括阻抗匹配电路、第一射极跟随器、第一反相器、第二射极跟随器以及相加器，平衡信号的一端经阻抗匹配电路与第一射极跟随器相连接，平衡信号的另一端经阻抗匹配电路与第一反相器相连接，第一反相器的输出端与第二射极跟随器的输入端相连接；第一、第二射极跟随器的输出信号经相加器的运算后形成非平衡输出信号；由非平衡信号到平衡信号的转换电路包括运算放大电路、第三射极跟随器、第二反相器以及第四射极跟随器，非平衡信号经运算放大电路处理后分为两路分别输入到第三射极跟随器以及第ニ反相器的输入端，第二反相器的输出端与第四射极跟随器的输入端相连接；第三、第四射极跟随器的输出经输出电阻后形成平衡信号的两输出端，所述第三射极跟随器和第四射极跟随器的电路结构完全相同。
2.根据权利要求I所述的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，其特征在于所述阻抗匹配电路的输出端还设置有用于对平衡信号的幅度进行衰耗的衰耗器电路。
3.根据权利要求I或2所述的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，其特征在于所述第一、第二射极跟随器分别由三极管Ql和Q3构成，第一反相器由三极管Q2组成；三极管Q2的集电极和发射极上分別串联有电阻RlO和Rll，Q3的基极与Q2的集电极线连接，Q3的发射极经电阻R13和稳压管后接于电源地上；电阻RlO与Rll相等。
4.根据权利要求3所述的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，其特征在于所述相加器由运算放大器OP构成，三极管Ql和Q3的发射极分别经R14和R15后与电容C7、C8构成的并联电路的一端相连接，电容C7、C8构成的并联电路的另一端与运算放大器OP的输入端相连接；相加器的输出端经电容ClO和Cll构成的并联电路后输出。
5.根据权利要求I或2所述的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，其特征在于所述第三射极跟随器电路中设置有三极管Q4、负反馈电容C4以及由三极管Q5构成的恒流源，三极管Q4的集电极经电阻R13后与电源正极相连接，Q5的发射极经电阻R14与电源地相连接，Q4的发射极与Q5的集电极相连接；Q5的基极经电阻R9和R8后与电源正极相连接，经电阻R9和RlO后与电源地相连接；所述负反馈电容C4的两端分别与Q4的集电极以及电阻R8和R9的连接处相连接。
6.根据权利要求I或2所述的基于运算放大器的无变压器的平衡与非平衡信号转换电路，其特征在于所述第三、第四射极跟随器上的输出电阻相等，为300 Ω或75 Ω。
专利摘要本实用新型的基于运算放大器的无变压器的转换电路，由平衡到非平衡信号的转换电路包括阻抗匹配电路、第一射极跟随器、第一反相器、第二射极跟随器以及相加器，平衡信号的一端经射随器输出，另一端经射随器反相后输出；由非平衡到平衡信号的转换电路包括运算放大电路、第三射极跟随器、第二反相器以及第四射极跟随器，非平衡信号一是经射随器输出，二是反相后再由射随器输出。本实用新型的信号转换电路舍弃了变压器，以运算放大器和射极跟随器为中心进行设计，有效地实现了平衡与非平衡信号之间的转换，且能转换的交流信号的频率范围较宽；既减小了设备的体积和重量，又能改善整机的频率特性，具有广阔的应用前景。
文档编号H03F3/45GK202488428SQ20122008078
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者司朝良 申请人:山东交通学院