一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路的制作方法

1.本发明涉及一种放大电路，具体地说，涉及一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路。


背景技术：

2.一般地，运算放大器可以使用单电压轨供电，也可以使用正负双电压轨供电，具体使用哪种供电方式需根据实际的应用需要来确定。当使用运算放大器处理正弦交流信号时，因为正弦交流信号不同于直流信号，正弦交流信号分正、负半周以及存在过零点，还包括相位、频率等诸多参数。只有使用正负双电压轨为运算放大器供电，才能保证运算放大器对正弦交流信号的处理精度。当使用正负双电压轨为运算放大器供电时，运算放大器所能输出的最高正弦交流信号的有效值电压vrms=u/2√2，其中，u为正负双电压轨最高工作电压（也是运算放大器的额定最高工作电压）。每种运算放大器都有各自的额定最高工作电压，这就决定其各自所能输出的最高正弦交流信号的有效值电压是固定的。如果想要使运算放大器输出更高的正弦交流信号有效值电压，就必须提高运算放大器的额定最高工作电压。然而，运算放大器的最高额定工作电压是固定的，一旦供电电压超出额定最高工作电压，运算放大器就必然会损坏。所以提高运算放大器的额定最高工作电压这个方法是行不通的。例如：型号为lm358的运算放大器，其单电压轨供电时的最高电压为32v，正负双电压轨供电时的最高电压为
±
16v，无论是单电压轨供电还是双电压轨供电，其8脚供电v+端与4脚供电gnd端之间的最高电压为32v，其所能输出的最高正弦交流信号有效值电压vrms=32/2√2≈11.3v，如果供电电压超过32v，lm358必然会损坏。那么，有没有办法可以使其在不超过额定最高工作电压的前提下，输出更高的正弦交流信号有效值电压呢。


技术实现要素：

3.本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，该放大电路可实现核心放大器在不超过自身额定最高工作电压的前提下，可以在相当于其自身两倍额定最高工作电压的正负双电压轨下正常工作，从而可以输出更高的正弦交流信号有效值电压。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述放大电路包括放大器u、同步随动偏置网络、电流放大单元和负反馈闭环网络；正弦交流信号sg连接放大器u的同相输入端，负反馈闭环网络分别连接放大器u的反相输入端和电流放大单元的输出端，电压+v通过同步随动偏置网络，产生与正弦交流信号sg同相的正弦波电压为放大器u的供电正端供电，电压+v通过同步随动偏置网络，产生与正弦交流信号sg同相的正弦波电压为放大器u的供电负端供电；当正弦交流信号输入电路后，同步随动偏置网络以与输入的正弦交流信号sg同相位，以正负双电压轨的正负电压值为峰-峰值的正弦波形电压，随动于输入的正弦交流信号为放大器u供电，使放大器u可以在其两倍额定最高工作电压的正负双电压轨下正
常工作，所述正负双电压轨的正负电压值为电压+v和电压-v。
5.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述同步随动偏置网络包括电阻器r1、r2、r3、r4和晶体管q1、q2；晶体管q1的集电极连接电压+v，晶体管q1的基极通过电阻器r1与电压+v相连，同时，晶体管q1的基极通过电阻器r2与放大器u的输出端相连，晶体管q1的发射极与放大器u的供电正端相连；晶体管q2的集电极连接电压-v，晶体管q2的基极通过电阻器r4与电压-v相连，同时，晶体管q2的基极通过电阻器r3与放大器u的输出端相连，晶体管q2的发射极与放大器u的供电负端相连。
6.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述晶体管q1为npn型晶体管，所述晶体管q2为pnp型晶体管。
7.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述电阻器r1、r2、r3、r4为同类型且电阻值相等的电阻器。
8.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述电流放大单元包括电阻器r5和晶体管q3、q4；电阻器r5的一端与放大器u的输出端相连，电阻器r5的另一端同时连接晶体管q3的基极和晶体管q4的基极，晶体管q3的集电极连接电压+v，晶体管q4的集电极连接电压-v，晶体管q3的发射极与晶体管q4的发射极并连为电流放大单元的输出端，即放大后的信号输出vo。
9.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述晶体管q3为npn型晶体管，所述晶体管q4为pnp型晶体管。
10.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述负反馈闭环网络包括电阻器r6和电阻器r7，电阻器r6的一端连接信号输出vo，电阻器r6的另一端连接放大器u的反相输入端；放大器u的反相输入端通过电阻器r7连接公共端com。
11.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述电阻器r6与所述电阻器r7的比值设定须满足：输入正弦交流信号有效值电压
×
（1+ r6/ r7）=vo的最大值。
12.工作原理：本发明放大电路中核心放大器（即放大器u）的接法为同相比例放大方式，其输出正弦交流信号与输入正弦交流信号同相位，放大倍数为主反馈电阻器与辅分压电阻器的比值（即：r6/ r7）加1，放大倍数设定原则为保证核心放大器输出正弦交流信号不失真的前提下使其输出最高的有效值电压。电路的关键技术点为npn型晶体管和pnp型晶体管始终在放大区内工作，正负双电压轨的1/2电压始终由两只晶体管本身承担任，另外1/2电压由核心放大器承担，从而实现了核心放大器可以在两倍于其额定最高工作电压的正负双电压轨下正常工作。两只晶体管的具体工作状态由核心放大器的输出进行控制，核心放大器的输出是与输入正弦交流信号同相位并经幅值放大的正弦交流信号，这就相当于一个正弦波形输出的动态电压源，通过偏置电阻器一至四分别对npn型晶体管的基极电流和pnp型晶体管的基极电流进行随动控制，使两只晶体管按正弦交流信号波形的正、负半周互补工作于放大区。设置偏置电阻器一至四的阻值相同，当放大电路无正弦交流信号输入或输入正弦交流信号正好处于过零点时，核心放大器输出为0v(即正负双电压轨的公共端电位)，此时npn型晶体管和pnp型晶体管的基极电压分别为正负双电压轨正极电压和负极电压的1/2（偏置电阻器一至四的阻值相同，分压相同），两只晶体管的发射极之间的电压大小（核心放大器的供电正-负端间的实际工作电压）等于各自的基极电压减去基极-发射极的结压降0.7v，也就是核心放大器的额定最高工作电压减去1.4v。当某一时刻输入的正弦交
流信号为正半周峰值时，核心放大器输出也为正半周峰值，npn型晶体管基极电流达到最大值，接近饱和导通状态，其发射极输出电压接近供电电压轨的正极电压加至核心放大器的供电正端；同时pnp型晶体管的基极电流达到最小值，使其接近截止状态，供电电压轨的负极电压接近全部由其本身承担，其发射极输出电压接近供电电压轨的公共端电压0v加至核心放大器的供电负端。从而使核心放大器的供电正-负端间的实际工作电压为正负双电压轨的1/2电压（正极电压）。当某一时刻输入的正弦交流信号为负半周峰值时，核心放大器输出也为负半周峰值，npn型晶体管基极电流达到最小值，接近截止状态，供电电压轨的正极电压接近全部由其本身承担，其发射极输出电压接近供电电压轨的公共端电压0v加至核心放大器的供电正端；同时pnp型晶体管的基极电流达到最大值，使其接近饱和导通状态，其发射极输出电压接近供电电压轨的负极电压加至核心放大器的供电负端，从而使核心放大器的供电正-负端间的实际工作电压为正负双电压轨的1/2电压（负极电压）。以上为输入的正弦交流信号的三种极值状态，其他任意时刻下，两只晶体管均由核心放大器的输出进行随动控制，保证核心放大器的供电正-负端间的实际工作电压始终为正负双电压轨的1/2电压，即核心放大器的额定最高工作电压。从而实现了使核心放大器可以在相当于其两倍额定最高工作电压的正负双电压轨下正常工作，并可输出更高的交流有效值电压。
13.本发明的有益效果是：一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路突破了传统运算放大器的额定最大工作电压限制，使运算放大器可以在高出其额定最高工作电压的正负双电压轨下正常工作，并可输出更高的交流有效值电压，大大提高了运算放大器的应用范围。
附图说明
14.图1为本发明放大电路原理图；图2为放大器u的供电波形图。
15.图1中，a.核心放大单元，b. 同步随动偏置网络，c. 电流放大单元，d. 负反馈闭环网络。其中对应元器件代号为：u.放大器，q1. npn型晶体管，q2. pnp型晶体管，r1~r4. 偏置电阻器，r5. 限流电阻器，q3、q4.晶体管，r6. 主反馈电阻器，r7. 辅分压电阻器。
16.图2中，x、y为双通道示波器测得的波形图，x为放大器u的5脚供电正端波形，y为放大器u的4脚供电负端波形，a、b、c对应的为输入正弦交流信号正好处于过零点时、正半周峰值和负半周峰值时的3个时刻点波形。从图中可以看出x、y在纵轴方向的任意时刻，两者之间的电压差值始终为32v，也就是放大器u的供电电压始终为32v。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
18.如图1所示，本发明一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述放大电路包括放大器u、同步随动偏置网络、电流放大单元和负反馈闭环网络；正弦交流信号sg连接放大器u的同相输入端，负反馈闭环网络分别连接放大器u的反相输入端和电流放大单元的输出端，电压+v通过同步随动偏置网络，产生与正弦交流信号sg同相的正弦波电压为放大器u的供电正端供电，电压+v通过同步随动偏置网络，产生与正弦交流信号sg同相的正弦波电压为放大器u的供电负端供电；当正弦交流信号输入电路后，同步随动偏置网络以与
输入的正弦交流信号sg同相位，以正负双电压轨的正负电压值为峰-峰值的正弦波形电压，随动于输入的正弦交流信号为放大器u供电，使放大器u可以在其两倍额定最高工作电压的正负双电压轨下正常工作，所述正负双电压轨的正负电压值为电压+v和电压-v。
19.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述同步随动偏置网络包括电阻器r1、r2、r3、r4和晶体管q1、q2；晶体管q1的集电极连接电压+v，晶体管q1的基极通过电阻器r1与电压+v相连，同时，晶体管q1的基极通过电阻器r2与放大器u的输出端相连，晶体管q1的发射极与放大器u的供电正端相连；晶体管q2的集电极连接电压-v，晶体管q2的基极通过电阻器r4与电压-v相连，同时，晶体管q2的基极通过电阻器r3与放大器u的输出端相连，晶体管q2的发射极与放大器u的供电负端相连。
20.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述晶体管q1为npn型晶体管，所述晶体管q2为pnp型晶体管。
21.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述电阻器r1、r2、r3、r4为同类型且电阻值相等的电阻器。
22.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述电流放大单元包括电阻器r5和晶体管q3、q4；电阻器r5的一端与放大器u的输出端相连，电阻器r5的另一端同时连接晶体管q3的基极和晶体管q4的基极，晶体管q3的集电极连接电压+v，晶体管q4的集电极连接电压-v，晶体管q3的发射极与晶体管q4的发射极并连为电流放大单元的输出端，即放大后的信号输出vo。
23.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述晶体管q3为npn型晶体管，所述晶体管q4为pnp型晶体管。
24.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述负反馈闭环网络包括电阻器r6和电阻器r7，电阻器r6的一端连接信号输出vo，电阻器r6的另一端连接放大器u的反相输入端；放大器u的反相输入端通过电阻器r7连接公共端com。
25.所述一种采用同步随动式供电的正弦交流信号放大电路，所述电阻器r6与所述电阻器r7的比值须满足公式： 输入正弦交流信号有效值电压
×
（1+ r6/ r7）=vo的最大值。
26.又一实施例：如图1和2所示，sg为输入正弦交流信号，u的额定最高工作电压是
±
16v，正负双电压轨的电压（+v/-v）是
±
32v，com是正负双电压轨的公共端，vo为放大电路的输出。
27.sg直接输入到u的3脚同相端，r1、r2、r3、r4依次串联，r1的另一端与供电电压轨+32v相联接，r4的另一端与供电电压轨-32v相联接，u的1脚输出端与r2和r3的串联点以及r5相联接。q1的集电极c与供电电压轨+32v相联接，发射极e与u的供电正端5脚相联接，基极b与r1和r2的串联点相联接。q2的集电极c与供电电压轨-32v相联接，发射极e与u的供电负端4脚相联接，基极b与r3和r4的串联点相联接。r5的另一端联接q3和q4的基极，q3的集电极与供电电压轨+32v相联接，q4的集电极与供电电压轨-32v相联接，q3和q4的发射极互相联接后引出vo。r6与r7串联，串联点与u的2脚反相输入端相联接，r6的另一端与vo相联接，r7的另一端与供电电压轨的公共端com相联接。
28.u的额定最高工作电压是
±
16v，正常能输出的最高正弦交流信号有效值电压为vrms=32/≈11.3v。
29.本发明放大电路的正负双电压轨的电压是
±
32v，能输出的最高正弦交流信号有
效值电压为vrms=64/≈22.6v。
30.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。