CN103684280B - 0-10m宽频带放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子技术领域，具体为一种0‑10M宽频带放大器。本发明由第一级双端差分放大电路，第二级共基对称电压放大电路，第三级单管推动电路，第四级推挽电流放大电路组成。该放大器能够线性放大频率范围为0~10MHZ、幅度为0.25V的信号，其输出电压幅度可达到15V，负载能力50欧。本发明不需要切换输入信号就可以实现全频段放大；利用共射－共基－共射电路提高高频增益，和全频带线性度。本发明可用于电子、通信、语音、图像信号的放大，可用作具有强负载能力的信号发生器和具有一定负载能力的电力***宽带、高频暂态行波信号发生器。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种宽频带放大器。
背景技术
在很多电子实验及其应用中，需要放大视频信号及各用信号或噪声的全频信号，它的频谱很宽，从十几赫兹到几兆赫兹甚至几百兆赫兹。由于这种放大器频带很宽，简称宽带放大器。这种放大器有如下特点：有足够大的增益和输出幅度；有足够宽的通频带；具有较高的稳定性；功率一般不大。常用的放大器电路直接采用运算放大器，如美国模拟器件公司出品的AD829、美国德州仪器半导体公司出品的THS6012等，其带宽可达600M。但实际测量结果表明，该类型放大器无法做到0~10MHz的线性放大，即使运算放大器加推挽管构成的宽频放大器也难达到0-10M的宽频段，其难点在于一般放大器难以兼顾低频和高频特性。可选择的解决办法只有采用分频段放大的方法，规避全频段放大器的全频频率响应。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可以兼顾低频和高频特性的0-10M宽频带放大器。
本发明设计的0-10MHz宽频带放大器，采取直接耦合方式，由第一级双端差分放大电路，第二级共基对称电压放大电路，第三级单管推动电路，第四级推挽电流放大电路组成。具体电路结构包括用于信号输入的差分放大电路，用于稳定工作点的镜像恒流源电路，用于信号放大的共基对称放大电路和共集电极输出的电压放大电路，用于增大负载驱动能力的末级电压跟随电流放大电路等，可以实现宽频信号的线性放大。具体见图1所示。其中：
所述差分放大电路，由第一三极管Q1和第二三极管Q2电路连接组成。输入信号从第一三极管Q1和第二三极管Q2构成的差分放大电路中输入。实际电路中，将第一三极管Q1和第二三极管Q2严格配对，因为电路参数的对称性和负反馈的引入保证了稳定的静态工作点；在理想情况下，第一三极管Q1和第二三极管Q2特性和电阻参数完全一致，两个三极管的集电极电压的温度漂移互相抵消，因此抑制温漂的能力很强。实际工作中，信号经第一三极管Q1基极输入，通过第二三极管Q2与比例第九电阻R9构成回路，经过放大的电压信号由第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的集电极输出。
所述镜像恒流源电路由第九三极管Q9与第十三极管Q10，第三三极管Q3与第四三极管Q4构成。其中，第九三极管Q9与第十三极管Q10严格配对对称，由第一二极管D1为第九三极管Q9和第十三极管Q10提供一致的基极电流，它们的基极电流与集电极电流分别相等，所以流经第十九电阻R19和第十八电阻R18的电流相等，第九三极管Q9与第十三极管Q10的集电极电流也相等，这样就为第一三极管Q1和第二三极管Q2构成的差分放大电路提供了稳定的偏置电流；第三三极管Q3和第四三极管Q4同样做为镜像恒流源电路，为第一三极管Q1和第二三极管Q2提供一个有源电流负载，通过调节第八偏置电阻R8（50K欧左右）可以使差分放大级电路工作在稳定的线性放大区。
第一二极管D1选用1N4148管，第一二极管D1正极接36V电源正极，负极接第九三极管Q9基极。第十九电阻R19一极接接36V电源正极，一极接第十三极管Q10发射极。第十八电阻R18一极接接36V电源正极，一极接第九三极管Q9发射极。第八电阻R8一极与第九电阻R9一极相连，另一极与第三三极管Q3基极相连。第九三极管Q9基极与第十三级管Q10基极相连，发射极与第十八电阻R18一极相连，集电极与第一三极管Q1集电极相连。第十三极管Q10基极与第九三级管Q9基极相连，发射极与第十九电阻R19一极相连，集电极与第十一三极管Q11发射极相连。第三三极管Q3基极与第四三级管Q4基极相连，发射极与第七电阻R7一极相连，集电极与第一电阻R1一极相连。第四三极管Q4基极与第三三级管Q3基极相连，发射极与第十七电阻R17一极相连，集电极与第五二极管D5负极相连。
所述共基对称放大电路由第十一三极管Q11和第十二三极管Q12组成，第五三极管Q5做为其有源负载，第十一电阻R11做为第五三极管Q5的局部反馈电阻。由第一级差分放大电路双端输出的电压信号由第十一三极管Q11和第十二三极管Q12的发射极输入，放大的电压信号经过第十二三极管Q12集电极输出。通过第八三极管Q8与第六电阻R6和第五电阻R5构成的电压调节窗口电路。
第五三极管Q5基极与第六三级管Q6发射极相连，发射极与第十一电阻R11一极相连，集电极与第十二三极管Q12集电极相连。第八三极管Q8基极与第六电阻R6一极相连，发射极与第十四电阻R14一极相连，集电极与第六电阻R6另一极相连。第六电阻R6两极分别与第八三极管Q8的基极与集电极相连。第五电阻R5两极分别与第八三极管Q8的基极与发射极相连。第十一三极管Q11基极与第十二三级管Q12基极相连，发射极与第十三极管Q19集电极相连，集电极与第七三极管Q7基极相连。第十二三极管Q12基极与第十一三极管Q11基极相连，发射极与第九三极管Q9集电极相连，集电极与第五三极管Q5集电极相连。
所述共集电极输出的电压放大电路由第六三极管Q6构成，经过上一级共基对称放大电路放大的电压信号进入第六三极管Q6基极，由第六三极管Q6集电极输出，通过由第八三极管Q8与第六电阻R6和第五电阻R5构成的末级偏置调节电路，经第十一三极管Q11集电极返回构成回路。此电路将差分放大电路与共基放大电路放大后的电压信号进一步放大并扩大电流后驱动末级对管。
末级电压跟随电流放大电路由第七三极管Q7和第十三三极管Q13组成。经过第六三极管Q6放大后的电压电流信号，再经过第八三极管Q8和第六电阻R6、第五电阻R5构成的末级偏置电路，调节成正负半周的电压电流信号，分别由第七三极管Q7和第十三三极管Q13的基极输入，由第七三极管Q7和第十三三极管Q13的发射极输出，构成电压跟随的电流放大级，使整个电路输出信号具有一定的带载能力对负载进行驱动。
本发明的特点：
宽频带、线性、负载能力强；
不需要切换输入信号就可以实现全频段放大；
利用共射－共基－共射电路提高高频增益，和全频带线性度。
本发明应用范围：
（1）电子、通信、语音、图像信号的放大；
（2）具有强负载能力的信号发生器；
（3）具有一定负载能力的电力***宽带、高频暂态行波信号发生器。
附图说明
图1为本发明的0-10M宽频带放大器电路图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步描述本发明。
图1为本发明的实施硬件电路总图。结合实际详细说明如下：
本发明主要部份包括：
用于信号输入的双端输入、双端输出的差分放大电路（由第一三极管Q1和第二三极管Q2组成）；
用于稳定工作点的镜像恒流源电路（由第九三极管Q9和第十三极管Q10；第三三极管Q3和第四三极管Q4组成镜像电流源做为差分放大级的有源负载并为第一三极管Q1和第二三极管Q2提供合适的偏置电流为提高其稳定性）；
用于电压放大的共基对称放大电路（由第十一三极管Q11和第十二三极管Q12组成，第五三极管Q5做为其有源负载，第十一电阻R11做为第五三极管Q5的局部反馈电阻）；
第六三极管Q6做为推动级共集电极输出的电压放大电路；用于增大负载驱动能力的末级电流放大电路（由第七三极管Q7和第十三三极管Q13组成），如图1所示。
本发明辅助部份电路有：由第二二极管D2、第三二极管D3和第一二极管D1为镜像电流源提供基准电压；由第五二极管D5和第四二极管D4构成偏置直流通路；由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19构成各放大级的局部负反馈电阻，第十二电阻R12为大环路负反馈电阻，调整第九电阻R9和第十二电阻R12的比值可改变整个电路的闭环增效；第八电阻R8为电压放大级偏置电阻；第五电阻R5和第六电阻R6构成末级偏置调整电阻，通过调整第五电阻R5和第六电阻R6的阻值可使末级工作点稳定工作在甲类状态；第十四电阻R14和第六二极管D6、第十五电阻R15和第七二极管D7为末级提供直流负偏以改善其高频响应；第十六电阻R16和第四电容C4为时间常数调整回路，可改变推动级幅频特性，从而改变整个电路的频响曲线；第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3为高频补偿电容。
第一三极管Q1的基极与信号源V3的一极相连，集电极与第九三极管Q9的集电极相连，发射极与第一电阻R1的一极相连。第二三极管Q2的基极与第九电阻R9的一极相连，集电极与第十三极管Q10的集电极相连，发射极与第二电阻R2的一极相连。第三三极管Q3的基极与第四三极管Q4的基极相连，集电极与第一电阻R1的一极相连，发射极与第七电阻R7的一极相连。第四三极管Q4的基极与第三三极管Q3的基极相连，集电极与第五二极管D5的负极相连，发射极与第十七电阻R17的一极相连。第五三极管Q5的基极与第六三极管Q6的发射极相连，集电极与第十二三极管Q12的集电极相连，发射极与第十一电阻R11的一极相连。第六三极管Q6的基极与第五三极管Q5的集电极相连，集电极与第十三三极管Q13的基极相连，发射极与第五三极管Q5的基极相连。第七三极管Q7的基极与第十一三极管Q11的集电极相连，集电极与电源V1的正极相连，发射极与第三电阻R3的一极相连。第八三极管Q8基极与第六电阻R6一极相连，发射极与第十四电阻R14一极相连，集电极与第六电阻R6另一极相连。第九三极管Q9基极与第十三级管Q10基极相连，发射极与第十八电阻R18一极相连，集电极与第一三极管Q1集电极相连。第十三极管Q10基极与第九三级管Q9基极相连，发射极与第十九电阻R19一极相连，集电极与第十一三极管Q11发射极相连。第十一三极管Q11基极与第十二三级管Q12基极相连，发射极与第十三极管Q19集电极相连，集电极与第七三极管Q7基极相连。第十二三极管Q12基极与第十一三极管Q11基极相连，发射极与第九三极管Q9集电极相连，集电极与第五三极管Q5集电极相连。
第一二极管D1选用1N4148管，第一二极管D1正极接36V电源正极，负极接第九三极管Q9基极。第二二极管D2选用1N4148管，正极接第三三极管Q3基极，负极接第三二极管正极。第三二极管D3选用1N4148管，正极接第二二极管D2负极，负极接36v电源V2负极。第四二极管D4选用1N4148管，正极接第六三极管Q6的发射极，负极接第十电阻R10的一极。第五二极管D5选用1N4148管，正极接第一二极管D1负极，负极接第十一三极管Q11的基极。第六二极管D6选用1N4148管，正极接36V电源V1正极，负极接第十四电阻R14的一极。第七二极管D7选用1N4148管，正极接第十五电阻R15的一极，负极接36V电源V2的负极。
第一电阻R1一极接第一三极管Q1的发射极，另一极接第三三极管Q3的集电极。第二电阻R2一极接第二三极管Q2的发射极，另一极接第三三极管Q3的集电极。第三电阻R3一极接第七三极管Q7的发射极，另一极接第十三电阻R13的一极。第四电阻R4一极接第十三三极管Q13的发射极，另一极接第十三电阻R13的一极。第五电阻R5两极分别与第八三极管Q8的基极与发射极相连。第六电阻R6两极分别与第八三极管Q8的基极与集电极相连。第七电阻R7一极接第三三极管Q3的发射极，另一极接36V电源V2的负极。第八电阻R8一极与第九电阻R9一极相连，另一极与第三三极管Q3基极相连。第九电阻R9一极接第二三极管Q2的基极，另一极接地。第十电阻R10一极接第四二极管D4的负极，另一极接36V电源V2的负极。第十一电阻R11一极接第五三极管Q5的发射极，另一极接36V电源V2的负极。第十二电阻R12一极接第二三极管Q2的基极，另一极第十三电阻R13的一极。第十三电阻R13一极接地，另一极接第十二电阻R12的一极。第十四电阻R14一极接第六二极管D6的负极，另一极接第八三极管Q8的发射极。第十五电阻R15的一极接第七三极管Q7的基极，另一极接第七二极管D7的正极。第十六电阻R16的一极接第四二极管D4的负极，另一极接第四电容C4的一极。第十七电阻R17的一极接第四三极管Q4的发射极，另一极接36V电源V2的负极。第十八电阻R18一极接接36V电源正极，一极接第九三极管Q9发射极。第十九电阻R19一极接接36V电源正极，一极接第十三极管Q10发射极。
第一电容C1的一极接第七三极管Q7的基极，另一极接第八三极管Q8的发射极。第二电容C2的一极接第十三电阻R13的一极，另一极接第十三三极管Q13的发射极。第三电容C3的一极接第十三电阻R13的一极，另一极接第七三极管Q7的发射极。第四电容C4的一极接第十六电阻R16的一极，另一极接36V电源V2的负极。
电路主要部分的调节说明：
（1）输入信号经过第一三极管Q1和第二三极管Q2 组成的差分反相放大电路，由第九三极管Q9 和第十三极管Q10构成简单的镜像恒流源电路使其稳定的工作。第三三极管Q3及第四三极管Q4构成发射极镜像恒流源，第七电阻R7和第十七电阻 R17可使第三三极管Q3
和第四三极管Q4工作稳定，值越大越稳定，但频率响应差，值越小频率响应好，但工作不易稳定。
（2）第二级由第十一三极管Q11和第十二三极管Q12组成共基放大电路。
（3）第三级由第六三极管Q6进行一级电压放大，由第五三极管Q5构成可调恒流源，为第六三极管Q6提供偏置和静态工作点。
（4）第四级由第七三极管Q7和第十三三极管 Q13组成电流放大，由第十一三极管Q11及第一电容C1、第五电阻R5和第六电阻R6提供偏置，构成一个窗口电压，调节第六电阻R6可以使第七三极管Q7和第十三三极管Q13静态工作点工作在甲类(基极与发射极电压约为0.65-0.75)。
（5）第十五电阻R15、第七二极管 D7 和第十四电阻R14、第六二极管
D6是末级负偏置电路，可改善因末级功率管频率响应不够对整个电路的影响。
Claims (1)
1. 一种0-10M宽频带放大器，其特征在于采取直接耦合方式，包括第一级双端差分放大电路，第二级共基对称电压放大电路，第三级单管推动电路，第四级推挽电流放大电路；电路结构包括用于信号输入的差分放大电路，用于稳定工作点的镜像恒流源电路，用于信号放大的共基对称放大电路和共集电极输出的电压放大电路，用于增大负载驱动能力的末级电压跟随电流放大电路，其中：
所述差分放大电路，由第一三极管Q1和第二三极管Q2电路连接组成；信号经第一三极管Q1基极输入，通过第二三极管Q2与第九电阻R9构成的回路，经过放大的电压信号由第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的集电极输出；
所述镜像恒流源电路由第九三极管Q9与第十三极管Q10，第三三极管Q3与第四三极管Q4构成；其中，第九三极管Q9与三极管Q10严格配对对称，由第一二极管D1为第九三极管Q9和第十三极管Q10提供一致的基极电流，第九三极管Q9和第十三极管Q10的基极电流与集电极电流分别相等；第三三极管Q3和第四三极管Q4做为镜像恒流源电路，为第一三极管Q1和第二三极管Q2提供一个有源电流负载，通过调节第八偏置电阻R8使差分放大电路工作在稳定的线性放大区；
所述共基对称放大电路由第十一三极管Q11和第十二三极管Q12组成，第五三极管Q5做为其有源负载，第十一电阻R11做为第五三极管Q5的局部反馈电阻；由第一级差分放大电路双端输出的电压信号由第十一三极管Q11和第十二三极管Q12的发射极输入，放大的电压信号经过第十二三极管Q12集电极输出；通过第八三极管Q8与第六电阻R6和第五电阻R5构成的末级偏置调节电路；
所述共集电极输出的电压放大电路由第六三极管Q6构成，经过上一级共基对称放大电路放大的电压信号进入第六三极管Q6基极，由第六三极管Q6集电极输出，通过由第八三极管Q8与第六电阻R6和第五电阻R5构成的末级偏置调节电路，经第十一三极管Q11集电极返回构成回路；此电路将差分放大电路与共基放大电路放大后的电压信号进一步放大并扩大电流后驱动末级对管；
所述末级电压跟随电流放大电路由第七三极管Q7和第十三三极管Q13组成；经过第六三极管Q6放大后的电压电流信号，再经过第八三极管Q8和第六电阻R6、第五电阻R5构成的末级偏置调节电路，调节成正负半周的电压电流信号，分别由第七三极管Q7和第十三三极管Q13的基极输入，由第七三极管Q7和第十三三极管Q13的发射极输出，构成电压跟随的电流放大级。
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Granted publication date: 20160817 Termination date: 20201212 |
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