一種運算放大器動態供電電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及測試測量、計算機、通訊等領域的信號調理，具體涉及一種運算放大器動態供電電路。
【背景技術】
[0002]在測試測量、計算機、通訊等領域都需要對信號進行調理，調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行供電。集成運放的頻率響應和瞬態響應在大信號輸入時，運放將工作到非線性區域，通常它的輸入級會產生瞬時飽和或截至現象，因而運放內部常會增加補償電容。由于集成運放內部的補償電容，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換速率。同樣，芯片廠商為了獲得高轉換速率的運放，在運放內部則需要提供更大的充電電流，這樣的結果是高轉換速率的運放需要具有大的靜態電流，消耗更大的功率，這也限制了高轉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，大的電流和電壓都會引入更多的噪聲，這就預示著高轉換速率的運放具有更大的噪聲。因此，采用常規集成運放實現高帶寬、大信號的高精度信號調理，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，經過目前市場上使用的運放采用常規電路調理，則會存在不同的直流電壓偏移。

【發明內容】

[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，以減小運放內部電容對高帶寬，大信號調理過程的影響;采用該供電方法，可選用低轉換速率，低噪聲集成運放實現大信號、高帶寬的信號調理，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供電電路，其特征在于:包括信號輸入單元、增益調節單元和電源，所述信號輸入單元與增益調節單元連接，所述信號輸入單元與增益調節單元之間設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動單元，所述電源與供電電壓控制單元及功率驅動單元分別連接。
[0008]上述信號輸入單元由隔直電容C7串聯接地電阻R12構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并聯的撥碼開關或模擬開關或繼電器JI實現輸入信號的直流耦合輸入方式，由電阻R17串聯接地電容CS構成的低通濾波器對輸入信號進行濾波處理后送入增益調節單元。
[0009]上述增益調節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成的放大電路，該增益調節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構成;所述分立器件Ql為雙極型晶體管或場效應管構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行級聯，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的供電與增益調節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為固定常數值；
[0014]所述與輸入電壓V3_0UT1和輸入電壓V3_0UT2對應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的阻值也可調整V5_0UT1和V5_0UT2的電壓；
[0016]所述電阻Rl和電阻R2并聯一電容Cl，所述電阻R4并聯一電容C2，所述電阻R8并聯一電容C4，所述電阻RlO和電阻Rll并聯一電容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動單元。
[0018]上述功率驅動單元分別由分立器件Q5串聯電阻R3和分立器件Q6串聯電阻R5構成，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信號調節，控制增益調節單元的供電電壓;晶體管Q5、Q6和電阻R3、R5為增益調節單元提供足夠功率。
[0019]上述電源為正負直流電壓源，為供電電壓控制單元和功率驅動單元進行供電，其正負電壓幅值相等。
[0020]—種運算放大器動態供電方法，其特殊之處在于:包括信號輸入單元、增益調節單元、輸入信號疊加單元、電源、供電電壓控制單元以及功率驅動單元；
[0021]所述信號輸入單元實現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]所述增益調節單元實現對輸入信號的增益調節，包括信號放大和衰減；
[0023]所述輸入信號疊加單元產生增益調節單元的動態供電電壓，動態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節單元進行供電，增益調節單元的實際工作電壓與輸入信號疊加單元存在負反饋關系；
[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節單元的靜態供電電壓，即當外部沒有接任何輸入信號時，提供給增益調節單元的工作電源電壓，該電壓可通過電路中的器件進行調節改變幅值；
[0026]所述功率驅動單元為增益調節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生與輸入信號相關的、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管構成射隨器或漏極輸出器，也包括由運放放大器等實現的其他電路形式；
[0028]所述輸入信號疊加單元的供電與增益調節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;適當調節R4和R8的總阻值，則能調整V5_0UT1與V5_0UT2之間的電壓;若保持兩電阻總阻值不變，僅調節R4和R8的阻值分配，則V5_0UT1與V5_0UT2之間的電壓差值不變，幅值得已調節，合理的選擇R4和R8的阻值，則能使V5_0UT1與V5_0UT2為正負電壓，幅值相等；
[0030]所述功率驅動單元的輸出電壓和功率受V5_0UT1與V5_0UT2控制調節。
[0031 ]本實用新型的優點在于:
[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，以減小運放內部電容對高帶寬，大信號調理過程的影響；
[0033]本實用新型的供電方法，可選用低轉換速率，低噪聲集成運放實現大信號、高帶寬的信號調理，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構框圖；
[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