一種運算放大器動態(tài)供電電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及測試測量、計算機(jī)、通訊等領(lǐng)域的信號調(diào)理，具體涉及一種運算放大器動態(tài)供電電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在測試測量、計算機(jī)、通訊等領(lǐng)域都需要對信號進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理電路中使用最多的就是集成運算放大器，集成運放通常用直流電壓源進(jìn)行供電。集成運放的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)在大信號輸入時，運放將工作到非線性區(qū)域，通常它的輸入級會產(chǎn)生瞬時飽和或截至現(xiàn)象，因而運放內(nèi)部常會增加補償電容。由于集成運放內(nèi)部的補償電容，各級BJT間的極間電容和雜散電容等，使得運放在輸入大信號的瞬變過程中，輸出電壓只有在電路的電容被充電后才隨輸入電壓做線性變化，這樣限制了運放的轉(zhuǎn)換速率。同樣，芯片廠商為了獲得高轉(zhuǎn)換速率的運放，在運放內(nèi)部則需要提供更大的充電電流，這樣的結(jié)果是高轉(zhuǎn)換速率的運放需要具有大的靜態(tài)電流，消耗更大的功率，這也限制了高轉(zhuǎn)換速率的運算放大器供電電壓不能太大，輸入電壓范圍做不高。
[0003]另一方面運放的噪聲與供電電流和電壓息息相關(guān)，大的電流和電壓都會引入更多的噪聲，這就預(yù)示著高轉(zhuǎn)換速率的運放具有更大的噪聲。因此，采用常規(guī)集成運放實現(xiàn)高帶寬、大信號的高精度信號調(diào)理，噪聲會成為一個問題。
[0004]交流耦合輸入的信號，輸入源阻抗高，使得集成運放內(nèi)部補償電容、極間電容和雜散電容上的殘余電壓不易泄放，對于不同頻率的大信號，經(jīng)過目前市場上使用的運放采用常規(guī)電路調(diào)理，則會存在不同的直流電壓偏移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對以上集成運算放大器的自身局限性，本實用新型提出一種運算放大器動態(tài)供電電路，該供電電路能使集成運放的供電電壓跟隨輸入信號變化，并與輸入信號保持恒定壓差，以減小運放內(nèi)部電容對高帶寬，大信號調(diào)理過程的影響;采用該供電方法，可選用低轉(zhuǎn)換速率，低噪聲集成運放實現(xiàn)大信號、高帶寬的信號調(diào)理，即降低了功耗，減小了噪聲，又解決了大信號交流耦合直流偏移的問題。
[0006]本實用新型的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種與輸入信號成固定壓差的運算放大器動態(tài)供電電路，其特征在于:包括信號輸入單元、增益調(diào)節(jié)單元和電源，所述信號輸入單元與增益調(diào)節(jié)單元連接，所述信號輸入單元與增益調(diào)節(jié)單元之間設(shè)有相互連接的輸入信號疊加單元、供電電壓控制單元及功率驅(qū)動單元，所述電源與供電電壓控制單元及功率驅(qū)動單元分別連接。
[0008]上述信號輸入單元由隔直電容C7串聯(lián)接地電阻R12構(gòu)成的高通濾波器形成輸入信號的交流親合輸入方式，由與隔直電容C7并聯(lián)的撥碼開關(guān)或模擬開關(guān)或繼電器JI實現(xiàn)輸入信號的直流耦合輸入方式，由電阻R17串聯(lián)接地電容CS構(gòu)成的低通濾波器對輸入信號進(jìn)行濾波處理后送入增益調(diào)節(jié)單元。
[0009]上述增益調(diào)節(jié)單元為基于運放的各種形式放大電路;包括正向輸入放大電路、反向輸入放大電路或由儀表放大器構(gòu)成的放大電路，該增益調(diào)節(jié)單元的供電電壓由輸入信號疊加單元、供電電壓控制單元及功率驅(qū)動單元控制。
[0010]上述輸入信號疊加單元由三個分立器件Q1、Q2和Qll構(gòu)成;所述分立器件Ql為雙極型晶體管或場效應(yīng)管構(gòu)成射隨器或漏極輸出器，所述分立器件Ql的輸出V3_0UT跟隨輸入信號V3_IN的變化而變化;所述分立器件Q2和分立器件Ql I用于與后級電路供電電壓控制單元進(jìn)行級聯(lián)，所述分立器件Ql I與分立器件Q2的e極電壓V3_0UT1和V3_0UT2，分別與V3_0UT具有一個PN結(jié)的固定壓差，并隨著輸入信號V3_IN變化而變化。
[0011]上述分立器件Ql以及分立器件Q2、分立器件Ql I的供電與增益調(diào)節(jié)單元的供電電壓相同。
[0012]上述供電電壓控制單元的電路為正負(fù)電源供電的恒流源電路。
[0013]所述恒流源電路涉及三個電流值11、12和13;所述電流值11由電源供電電壓和依次串聯(lián)連接的電阻R1、分立器件Q4、電阻R14、分立器件Q8及電阻R1確定;所述電流值12由
11、電阻1?1和1?2確定;所述電流值13由11、電阻1?10和1?11確定;選定了1?1、1?14、1?10、1?2、1?11的阻值，則11、12和13為固定常數(shù)值；
[0014]所述與輸入電壓V3_0UT1和輸入電壓V3_0UT2對應(yīng)的輸出電壓分別為輸出電壓V5_OUTl和輸出電壓V5_0UT2 ；
[0015]所述輸出電壓V5_0UT1由輸入電壓V3_0UT1、I2和電阻R4確定；所述輸出電壓V5_0UT2由輸入電壓V3_0UT2、13和電阻R8確定；確定了 R4和R8的阻值，V5_0UT I和V5_0UT2則隨V3_0UT1和V3_0UT2的變化而變化，即隨輸入信號變化;改變R4和R8的阻值也可調(diào)整V5_0UT1和V5_0UT2的電壓；
[0016]所述電阻Rl和電阻R2并聯(lián)一電容Cl，所述電阻R4并聯(lián)一電容C2，所述電阻R8并聯(lián)一電容C4，所述電阻RlO和電阻Rll并聯(lián)一電容C6，這些電容均為補償電容，用于補償整個電路的尚頻特性；
[0017]所述輸出電壓V5_0UT1和V5_0UT2信號后級連接功率驅(qū)動單元。
[0018]上述功率驅(qū)動單元分別由分立器件Q5串聯(lián)電阻R3和分立器件Q6串聯(lián)電阻R5構(gòu)成，所述分立器件Q5和Q6的基極和射極電壓受輸出電壓V5_0UT1和V5_0UT2信號調(diào)節(jié)，控制增益調(diào)節(jié)單元的供電電壓;晶體管Q5、Q6和電阻R3、R5為增益調(diào)節(jié)單元提供足夠功率。
[0019]上述電源為正負(fù)直流電壓源，為供電電壓控制單元和功率驅(qū)動單元進(jìn)行供電，其正負(fù)電壓幅值相等。
[0020]—種運算放大器動態(tài)供電方法，其特殊之處在于:包括信號輸入單元、增益調(diào)節(jié)單元、輸入信號疊加單元、電源、供電電壓控制單元以及功率驅(qū)動單元；
[0021]所述信號輸入單元實現(xiàn)信號的接入及濾波處理，包括直流耦合、交流耦合及低通濾波；
[0022]所述增益調(diào)節(jié)單元實現(xiàn)對輸入信號的增益調(diào)節(jié)，包括信號放大和衰減；
[0023]所述輸入信號疊加單元產(chǎn)生增益調(diào)節(jié)單元的動態(tài)供電電壓，動態(tài)供電電壓的幅值跟隨輸入信號的幅值變化而變化;所述輸入信號疊加單元與供電電壓控制單元共同作用為增益調(diào)節(jié)單元進(jìn)行供電，增益調(diào)節(jié)單元的實際工作電壓與輸入信號疊加單元存在負(fù)反饋關(guān)系；
[0024]所述電源為直流電壓源，為信號放大電路中的所有電路提供合理的供電電壓；
[0025]所述供電電壓控制單元控制增益調(diào)節(jié)單元的靜態(tài)供電電壓，即當(dāng)外部沒有接任何輸入信號時，提供給增益調(diào)節(jié)單元的工作電源電壓，該電壓可通過電路中的器件進(jìn)行調(diào)節(jié)改變幅值；
[0026]所述功率驅(qū)動單元為增益調(diào)節(jié)單元的供電提供功率。
[0027]上述輸入信號疊加單元通過阻抗變換電路產(chǎn)生與輸入信號相關(guān)的、與后級電路級連的信號V3_0UT1和V3_0UT2，所述阻抗變換電路可以是由雙極型晶體管或場效應(yīng)管構(gòu)成射隨器或漏極輸出器，也包括由運放放大器等實現(xiàn)的其他電路形式；
[0028]所述輸入信號疊加單元的供電與增益調(diào)節(jié)單元的供電電壓相同；
[0029]所述供電電壓控制單元的電路為正負(fù)電源供電的恒流源電路;所述電流源包含三個恒定電流值II，12和13;—般設(shè)計選擇12和13電流值相等;所述輸出電壓V5_0UT1由輸入電壓V3_0UT1，恒定電流12和電阻R4確定;所述輸出電壓V5_0UT2由輸入電壓V3_0UT2、恒定電流13和電阻R8確定；確定了 R4和R8的阻值，V5_0UT1和V5_0UT2則隨V3_0UT1和V3_0UT2的變化而變化;適當(dāng)調(diào)節(jié)R4和R8的總阻值，則能調(diào)整V5_0UT1與V5_0UT2之間的電壓;若保持兩電阻總阻值不變，僅調(diào)節(jié)R4和R8的阻值分配，則V5_0UT1與V5_0UT2之間的電壓差值不變，幅值得已調(diào)節(jié)，合理的選擇R4和R8的阻值，則能使V5_0UT1與V5_0UT2為正負(fù)電壓，幅值相等；
[0030]所述功率驅(qū)動單元的輸出電壓和功率受V5_0UT1與V5_0UT2控制調(diào)節(jié)。
[0031 ]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0032]本實用新型的供電電路能使集成運放的供電電壓跟隨輸入信號變化，并與輸入信號保持恒定壓差，以減小運放內(nèi)部電容對高帶寬，大信號調(diào)理過程的影響；
[0033]本實用新型的供電方法，可選用低轉(zhuǎn)換速率，低噪聲集成運放實現(xiàn)大信號、高帶寬的信號調(diào)理，即降低了功耗，減小了噪聲，又解決了大信號交流耦合直流偏移的問題。
【附圖說明】
[0034]圖1信號放大電路的總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0035]圖2信號放大電路的具體實施；
[0036]圖3輸入信號疊加單元；
[0037]圖4供電電壓控制單