专利名称：基于高压大电流运算放大器的功率放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及模拟电子电路，尤其涉及一种基于高压大电流运算放大器 的功率放大器。
技术背景功率放大器广泛应用于通信系统和各种电子设备中，为负载提供足够大的 信号功率。在驱动电机、声纳换能器、线圈/磁场激励、程控电源、音响等应 用中，需要具有低频(超低频)工作、大功率输出、高效率、智能控制和保护功 能的功率放大器或功率驱动器。这种电路往往体积庞大，因此,集成化的低频功 率驱动电路的需求呈增长趋势。目前，电压型功率放大器较为普遍。但在某些应 用场合,需要有程控性能好，且能恒定输出较大电流，以驱动负载的恒流功率放 大器。 发明内容本实用新型的目的是提供一种基于高压大电流运算放大器的功率放大器。 基于高压大电流运算放大器的功率放大器包括主放大电路、辅助电路和输 出单元；其中主放大电路包括输入缓冲电路、U/A转换电路、电流扩展单元； 输入缓冲电路一端与U/A转换电路相连，输入缓冲电路另一端与上位PC机的D/A转换器相连，电流扩展单元一端与U/A转换电路相连，电流扩展单元另一端 与输出单元中的浮置负载接口相连；辅助电路包括电压提升单元、放浪涌干扰 单元；电压提升单元一端与直流稳压电源，电压提升单元另一端与U/A转换电 路相连，防浪涌干扰单元与电流扩展单元相连；输出单元包括相位补偿单元、 浮置负载接口、采样单元、反馈电路、接地单元；相位补偿电路与浮置负载接 口、采样单元、接地单元相连，浮置负载接口与反馈电路相连，反馈电路与U/A 转换电路相连。所述的U/A转换电路的内部模块连接关系为运算放大器0PA541引脚1与 电阻R3的一端及可调电阻Rl的一端相连，电阻R3的另一端接地，运算放大器 0PA541引脚2与电阻R2、电阻R4的一端相连，电阻R2的另一端接地，电阻R4的另一端与采样电阻Rf的一端相连，运算放大器0PA541引脚3、运算放大器 0PA541引脚4与电压提升单元中三极管TIP127的e端相连，运算放大器0PA541 引脚10、运算放大器0PA541引脚11与电压提升单元中三极管TIP122的e端相 连，运算放大器0PA541引脚5、运算放大器0PA541引脚7与电阻Rs的一端相
连，运算放大器0PA541引脚8与电阻Rs的另一端相连。电流扩展单元包括场效应管、土50V直流稳压电源，电阻RIO、电阻R11的 一端与运算放大器0PA541的引脚8相连，电阻R10的另一端与电阻R9、电阻 R17、电阻R18的一端相连，电阻Rll的另一端与电阻R12、电阻R19、电阻R20 的一端相连，电阻R9的另一端接电源+Vcc,电阻R17、电阻R18的另一端分别 与第一场效应管IRF640 Tl、第二场效应管IRF640 T2的引脚G相连，电阻R12 的另一端与电源-Vcc相连，电阻R19、电阻R20的另一端分别与第一场效应管 IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚G相连，第一场效应管IRF640 Tl、 第二场效应管IRF640 T2的引脚D与电源+Vcc相连，第一场效应管IRF640 Tl、 第二场效应管IRF640T2的引脚S分别与电阻R15、电阻R13的一端相连，第一 场效应管IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚D与电源-Vcc相连， 第一场效应管IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚S分别与电阻R14、 电阻R16的一端相连，电阻R13 电阻R16的另一端连接。电压提升单元的电路为三极管11 122的引脚(:与电源+Vcc、电阻R5的 一端相连，三极管TIP122的引脚b与电阻R5的另一端、电阻R6的一端相连， 三极管TIP127的引脚c与电源-Vcc、电阻R8的一端相连，三极管TIP127的引 脚b与电阻R8的另一端、电阻R7的一端相连，电阻R6、电阻R7的另一端与运 算放大器0PA541的引脚8相连;防浪涌干扰单元中二极管Dl的正极与电源-Vcc 相连，二极管Dl的负极与电阻R23的一端相连，二极管D2的负极与电源+ Vcc 相连，二极管D2的正极与电阻R22的一端相连，电阻R22、电阻R23的另一端 与电阻R15、电阻R16的另一端相连。本实用新型的输入信号可以是信号发生器或者是由计算机程序控制发出的 任意信号，具有适应范围广、柔性度高等特点。在本恒流功率放大器的设计上 采用了大功率的运算器件0PA541和功率MOSFET，并且采用三极管提升运放输出 电压和多片功率MOSFET并联分流的方式连接，具有输出功率高、电流大的特点。 采用防浪涌干扰电路，具有冲击影响小，起动性能好的特点。整体电路具有线 性度高，电压调整率低，负载调整率和时漂小，信噪比高，响应速度快的特点。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。图1是基于高压大电流运算放大器的功率放大器电路框图；图2是本实用新型的U/I转换电路图；图3是本实用新型的电流扩展电路图4是本实用新型的电压提升电路图； 图5是本实用新型的防浪涌干扰电路图。
具体实施方式
如图1所示，基于高压大电流运算放大器的功率放大器包括主放大电路、 辅助电路和输出单元；其中主放大电路包括输入缓冲电路、U/A转换电路、 电流扩展单元；输入缓冲电路一端与U/A转换电路相连，输入缓冲电路另一端 与上位PC机的D/A转换器相连，电流扩展单元一端与U/A转换电路相连，电流扩展单元另一端与输出单元中的浮置负载接口相连；辅助电路包括电压提升 单元、放浪涌干扰单元；电压提升单元一端与直流稳压电源，电压提升单元另 -端与U/A转换电路相连，防浪涌干扰单元与电流扩展单元相连；输出单元包 括相位补偿单元、浮置负载接口、采样单元、反馈电路、接地单元；相位补偿 电路与浮置负载接口、采样单元、接地单元相连，浮置负载接口与反馈电路相 连，反馈电路与U/A转换电路相连。如图2所示，U/A转换电路的内部模块连接关系为运算放大器0PA541引 脚1与电阻R3的一端及可调电阻R1的一端相连，电阻R3的另一端接地，运算 放大器0PA541引脚2与电阻R2、电阻R4的一端相连，电阻R2的另一端接地， 电阻R4的另一端与采样电阻Rf的一端相连，运算放大器0PA541引脚3、运算 放大器0PA541引脚4与电压提升单元中三极管TIP127的e端相连，运算放大 器0PA541引脚10、运算放大器0PA541引脚11与电压提升单元中三极管TIP122 的e端相连，运算放大器0PA541引脚5、运算放大器0PA541引脚7与电阻Rs 的一端相连，运算放大器0PA541引脚8与电阻Rs的另一端相连。电阻Rs是小 阻值精密电阻，为运算放大器0PA541提供限流保护，电阻Rl为多圈精密可调 电阻，电阻R2、电阻R3、电阻R4的阻值相等。如图3所示，电流扩展单元包括场效应管、士50V直流稳压电源，电阻RIO、 电阻Rll的一端与运算放大器0PA541的引脚8相连，电阻R10的另一端与电阻 R9、电阻R17、电阻R18的一端相连，电阻Rll的另一端与电阻R12、电阻R19、 电阻R20的一端相连，电阻R9的另一端接电源+Vcc，电阻R17、电阻R18的另 一端分别与第一场效应管IRF640 Tl、第二场效应管IRF640 T2的引脚G相连， 电阻R12的另一端与电源-Vcc相连，电阻R19、电阻R20的另一端分别与第一 场效应管IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚G相连，第一场效应管 IRF640 Tl、第二场效应管IRF640 T2的引脚D与电源+Vcc相连，第一场效应 管IRF640 T1、第二场效应管IRF640 T2的引脚S分别与电阻R15、电阻R13的 一端相连，第一场效应管IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚D与电 源-Vcc相连，第一场效应管IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚S 分别与电阻R14、电阻R16的一端相连，电阻R13 电阻R16的另一端连接。直 流稳压电源为场效应管T1 T4提供电源；电阻R17 电阻R20阻值相等，为精 密电阻，电阻R13 电阻R16阻值相等，为大功率小阻值电阻。如图4所示，电压提升单元的电路为三极管TIP122的引脚c与电源+ Vcc、 电阻R5的一端相连，三极管TIP122的引脚b与电阻R5的另一端、电阻R6的 一端相连，三极管TIP127的引脚c与电源-Vcc、电阻R8的一端相连，三极管 TIP127的引脚b与电阻R8的另一端、电阻R7的一端相连，电阻R6、电阻R7 的另一端与运算放大器0PA541的引脚8相连；防浪涌干扰单元中二极管Dl的 正极与电源-Vcc相连，二极管D1的负极与电阻R23的一端相连，二极管D2的 负极与电源+ Vcc相连，二极管D2的正极与电阻R22的一端相连，电阻R22、 电阻R23的另一端与电阻R15、电阻R16的另一端相连。电阻R5 R8阻值相等。如图5所示，防浪涌干扰单元(2.2)由二极管与电阻组成，与电流扩展单 元相连。电压信号由输入单元输出至输入缓冲电路，然后由输入缓冲单元输出至U/A 转换电路中可调电阻Rl,经过可调电阻Rl进入运算放大器0PA541引脚1，运 算放大器0PA541引脚8与电阻Rs的连接端输出经过U/A转换后的电流信号。 当运算放大器0PA541弓i脚8与电阻Rs的连接端输出的电流是正值时，正电流 进入电阻RIO，然后平均进入电阻R17、电阻R18，流经电阻R17的电流进入第 一场效应管IRF640 Tl引脚G，经过放大后，电流从第一场效应管IRF640 Tl引 脚S流出，进入电阻R15，流经电阻R18的电流进入第二场效应管IRF640T2引 脚G，经过放大后，电流从第二场效应管IRF640T2引脚S流出，进入电阻R13， 电阻R13、电阻R15的输出电流相加后输入到负载接口的输入端，此时加载在负 载上的是正电流；当运算放大器0PA541引脚8与电阻Rs的连接端输出的电流 是负值时，负电流进入电阻Rll，然后平均进入电阻R19、电阻R20，流经R19 的电流进入第一场效应管IRF9640 T3引脚G，经过放大后，电流从第一场效应 管IRF9640 T3引脚S流出，进入电阻R14，流经电阻R20的电流进入第二场效 应管IRF9640 T4引脚G，经过放大后，电流从第二场效应管IRF9640 T4引脚S 流出，进入电阻R16，电阻R14、电阻R16的输出电流相加后输入到负载接口的 输入端，此时加载在负载上的是负电流；电流信号经过负载后，从负载接口的输出端输出，输出电流一部分进入釆 样电阻Rf，输出电流经过Rf接地形成回路，输出电流另一部分经过电阻R4反 馈进入运算放大器0PA541引脚2。
权利要求1、一种基于高压大电流运算放大器的功率放大器，其特征在于包括主放大电路、辅助电路和输出单元；其中主放大电路包括输入缓冲电路、U/A转换电路、电流扩展单元；输入缓冲电路一端与U/A转换电路相连，输入缓冲电路另一端与上位PC机的D/A转换器相连，电流扩展单元一端与U/A转换电路相连，电流扩展单元另一端与输出单元中的浮置负载接口相连；辅助电路包括电压提升单元、放浪涌干扰单元；电压提升单元一端与直流稳压电源，电压提升单元另一端与U/A转换电路相连，防浪涌干扰单元与电流扩展单元相连；输出单元包括相位补偿单元、浮置负载接口、采样单元、反馈电路、接地单元；相位补偿电路与浮置负载接口、采样单元、接地单元相连，浮置负载接口与反馈电路相连，反馈电路与U/A转换电路相连。
2、 根据权利要求1所述的一种基于高压大电流运算放大器的功率放大器， 其特征在于所述的U/A转换电路的内部模块连接关系为运算放大器0PA541引 脚1与电阻R3的一端及可调电阻R1的一端相连，电阻R3的另一端接地，运算 放大器0PA541引脚2与电阻R2、电阻R4的一端相连，电阻R2的另一端接地， 电阻R4的另一端与采样电阻Rf的一端相连，运算放大器0PA541引脚3、运算 放大器0PA541引脚4与电压提升单元中三极管TIP127的e端相连，运算放大 器0PA541引脚10、运算放大器0PA541引脚11与电压提升单元中三极管TIP122 的e端相连，运算放大器0PA541引脚5、运算放大器0PA541引脚7与电阻Rs 的一端相连，运算放大器0PA541引脚8与电阻Rs的另一端相连。
3、 根据权利要求1所述的一种基于高压大电流运算放大器的功率放大器， 其特征在于所述的电流扩展单元包括场效应管、土50V直流稳压电源，电阻RIO、 电阻Rll的一端与运算放大器0PA541的引脚8相连，电阻R10的另一端与电阻 R9、电阻R17、电阻R18的一端相连，电阻Rll的另一端与电阻R12、电阻R19、 电阻R20的一端相连，电阻R9的另一端接电源+Vcc，电阻R17、电阻R18的另 一端分别与第一场效应管IRF640 Tl、第二场效应管IRF640 T2的引脚G相连， 电阻R12的另一端与电源-Vcc相连，电阻R19、电阻R20的另一端分别与第一 场效应管IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚G相连，第一场效应管 IRF640 Tl、第二场效应管IRF640 T2的引脚D与电源+Vcc相连，第一场效应 管IRF640 Tl、第二场效应管IRF640 T2的引脚S分别与电阻R15、电阻R13的 一端相连，第一场效应管IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚D与电 源-Vcc相连，第一场效应管IRF9640 T3、第二场效应管IRF9640 T4的引脚S分别与电阻R14、电阻R16的一端相连，电阻R13 电阻R16的另一端连接。
4、根据权利要求1所述的一种基于高压大电流运算放大器的功率放大器， 其特征在于所述的电压提升单元的电路为:三极管TIP122的引脚c与电源+Vcc、 电阻R5的一端相连，三极管TIP122的引脚b与电阻R5的另一端、电阻R6的 一端相连，三极管TIP127的引脚c与电源-Vcc、电阻R8的一端相连，三极管 TIP127的引脚b与电阻R8的另一端、电阻R7的一端相连，电阻R6、电阻R7 的另一端与运算放大器0PA541的引脚8相连；防浪涌干扰单元中二极管Dl的 正极与电源-Vcc相连，二极管Dl的负极与电阻R23的一端相连，二极管D2的 负极与电源+ Vcc相连，二极管D2的正极与电阻R22的一端相连，电阻R22、 电阻R23的另一端与电阻R15、电阻R16的另一端相连。
专利摘要本实用新型公开了一种基于高压大电流运算放大器的功率放大器。它是由主放大电路、辅助电路和输出单元组成。主放大回路包括，电压跟随电路组成的输入缓冲电路，U/I转换电路和电流扩展单元；辅助电路主要由电压提升单元组成；信号输出主要为电流信号的输出。恒流功率放大器具有功率大、响应速度快、精度高、程控性能好、适应性强等特点。在主放大回路运算器件的选择上采用了运算放大器，具有限流和短路保护功能，保证了本放大器的运行其安全性。在负载接地方式设计上采用了浮置负载的方式，通过反馈电阻构成负反馈，具有自动调整稳流的功能。
文档编号H03F1/52GK201018459SQ20072010728
公开日2008年2月6日 申请日期2007年3月15日 优先权日2007年3月15日
发明者君 徐, 葛荣杰, 赵章荣, 邬义杰 申请人:浙江大学