专利名称：一种用漏极作输出级的功率放大电路的连调方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大电路及其调节的方法，具体地说，涉及一种用漏极作输出级的功率放大电路的连调方法及其电路。
在低频功率放大领域中应用最广的是单电源供电无输出变压器有输出耦合电容(简称OTL)的电路模式，或是由双电源供电无输出变压器无输出电容(简称OCL)的电路模式。其中
图1示出了典型的由晶体管功放组成的典型的OCL电路结构，它是由四级驱动组成一差动放大级，由对称连接的晶体管Q1和Q2组成，用于控制负反馈NFB的输入和输出；一主电压放大级，即完成电压激励，用于使输出电压增幅，由晶体管Q3组成；一推动放大级，即完成电流驱动，由串接的晶体管Q4和Q5组成；以及一功率放大级，是采用多级达林顿结构的互补推挽射极输出器，其中由串接的晶体管Q6和Q7的发射极作为输出级。具体应用这种现有技术的放大电路时，为了实现电路调节的目的，还需要在差动放大级和主电压放大级分别接入一可调恒流源，以及在主电压放大级中需接入一可调功率管静态偏流的恒压源U0。
应当指出，当选用大功率三极管作为输出时，上述电路模式是合理的优选的。但是，作为拥有四级放大的电路来说，毕竟随着电子元器件的增多，相应地增加了电路的损耗而降低了它的输出功率；另外，由于同时在差动放大级和主电压放大级接入可调的恒流源和可调的恒压源，相应地其输出的调节较为复杂。
现有技术还有一种典型的由MOSFET功率管作输出管时的OCL电路结构，如图2所示。它包括一差动放大级，由对称连接的晶体管Q1和Q2组成，用于控制负反馈NFB的输入和输出；一主电压放大级，即完成电压激励，用于使输出电压增幅，由晶体管Q3组成；以及一功率放大级，由串接的MOSFET晶体管Q1a和Q1b的源极作为输出级。同样，仍然需要在差动放大级和电压放大级接入可调的恒流源和可调的恒压源，来调节电路的输出。应该说MOSFET管是一种理想的高速压控器件。但是，上述现有技术的以MOSFET管做输出级的功放电路很少得到应用，是因为MOSFET的栅源开启电压过高，一般为2～4V(而普通晶体管的开启电压为0.2V)，而导致信号电压损失、输出功率变小的毛病。
从表1的对比中，我们可以看出上述两种现有技术电路的输出功率的差异。图1和图2在同样的直流工作电压±30V时的最大输出电压和功率和功率的对比表
因此，正是由于功率损耗的这一重大缺陷，才导致了它在线性功率放大中很少使用。
上述现有技术另一个致命的缺陷是，由于MOSFET管以源极作为输出级，对其栅漏电压结的调节是无济于对其源极输出电压的调节，事实上，欲调节这种电路的输出电压十分困难而几乎无法实现。
此外，图1和图2所示的传统电路在可靠性设计上都存在因输出端浮动因而对输出管电流采用不便以致短路保护实现复杂的缺陷。
然而，MOSFET管却是最为理想的功率放大器件，如果克服MOSFET管功率损耗之缺陷，这种理想的的高速、高电流压控器件变会在线性功率放大短路中得到普及。
本发明的一个目的在于提出一种功率放大电路的连调方法，该方法用MOSFET管漏极作输出级，通过连动的电流调节以及连动电压调节从而实现了对其输出电压同步可调；本发明的另一个目的在于提出一种功率放大电路，该电路以MOSFET管的漏极作输出级，通过对其输出级的连动调节，提高了MOSFET管的输出功率。
本发明通过如下技术方案实现根据本发明的一个方面，由于对漏极输出的的MOSFET管，通过电流的连动调节技术而使得输出的负部推挽管的偏置电流同步可调，简便易行。
根据本发明的又一个方面，采用本发明的功放电路，其动态信号也在电流调节电路的传输过程中被放大，并直接耦合，从而简化了电路，降低了成本，便于其输出功率的提高。
根据本发明的再一方面，本发明的功放电路与传统电路相比，由于其电路简单实用，使它拥有最高的效率。如果在较低的工作电压时，如±15V，这种优势将更加明显。
根据本发明的再一方面，由于本发明电路的电流采样方便，通过在本发明的电路中设置的RS触发器，在功率管过流时，它可以迅速关断整个工作电流，比传统的任何短路保护电路更迅速、更可靠，并可以在短路拆除后自动恢复，因此它的保护性能趋于完美。同时，由于MOSFET管无晶体三极管的二次击穿效应，且具有负温度系数特性，使得整个电路的可靠性大大提高。
下面结合附图通过对本发明较佳实施例的描述，将使本发明的上述技术方安以及其它优点显而易见。
附图中图1是现有技术的一种采用晶体管作功放的OCL电路；图2是现有技术的另一种采用MOSFET管作功放的OCL电路；图3是本发明的二极放大电路的一个优选实施例，其中输入级为NPN管，功率输出级为MOSFET管的漏极；图4是本发明的二极放大电路连动调节的流程图；图5是本发明的二极放大电路的另一个实施例，其中输入级为PNP管；图6是本发明的二极放大电路的再一实施例，其中输出端的两个臂部采用多个MOSFET管相并联。
下文，将详细描述本发明。
首先，参见如图3所示的本发明的二级功放电路。它包括一差动放大级，由对称连接的晶体三极管Q11和晶体三极管Q12组成(该晶体管为NPN型管)，用于负反馈输入及输出的控制；一可调恒流源Ip，与该差动电路的发射极连接；一输出级，由极性相反的MOSFET管Q21和Q22组成，其源极分别通过一电阻与正负电源±Vcc连接，其漏极作为输出级；一电流控制单元，用于构成所述功率放大级的所述两个场效应晶体管栅极电压的输入控制，由晶体三极管Q13和Q14对称连接组成，该晶体管Q13的基极与所述晶体三极管Q11的集电极连接，发射极与所述MOSFET管Q21的栅极连接，该晶体三极管Q14的基极与所述晶体三极管Q12的集电极连接，发射极与所述MOSFET管Q22的栅极连接；以及，一电压控制单元，由电阻R11和电阻R12组成，该电阻R11，连接在正电源+Vcc与所述晶体三极管Q13的发射极之间，该电阻R12，与电阻11的阻值相等，并连接在负电源一Vcc与所述晶体三极管Q14发射极之间。当然，获得晶体管Q13和Q14要获得同步变化的电流，在管Q14与正电压+Vcc之间，还要接入一与电阻R11等值的电阻R13。
对于本发明的上述电路实现连动调节的方法是这样的，请参见图4所示的流程图。首先，在步骤S100设置工作电源------正负电源±Vcc，下一步骤S102是选择一对称连接的差动放大电路，用于负反馈的输入输出控制。更重要的是，本发明的连调方法还同时需要一可调的恒流源Ip，如步骤S104，这样通过调节这一可调的恒流源Ip，便可以获得同步变化的管Q11和Q12的集电极电流。
其次，在步骤S106，在正负电源±Vcc之间需要设置两个极性相反的MOSFET管Q21和Q22，并将其漏极相连作为输出级。
接下来，更重要的，在步骤S108需要设置对称连接的晶体管Q13和Q14，通过在步骤S110中将其与正电源+Vcc之间接入等值的电阻R11和R13，这样必将在步骤S112，于管Q13和Q14上得到相同的电流I13和I14，这里将获得这种独特的同步电流的电路称作“黎式电流镜”；并且当调节可调恒流源Ip的时候，差动电路中管Q11和Q12上的电流I11和I12将同步变化。从正电源+Vcc经过相同的电阻R11和R13，将有同样的压降施加于管Q13和Q14，因此管Q13和Q14将同步开启并具有相同的电流。
更特别的是，为达到同步调节管Q21和Q22的栅源电压的目的，本发明在步骤S114，于管Q14的发射极接入电阻R12，由于该电阻R12构成在管Q22的栅源结间，因此该Q22的栅源电压Vds2与Q21的Vds1便随，这样“黎式电流镜”便恒流源Ip的变化而转换成“黎式电压镜”。
可见，本发明的作为漏极输出的MOSFET管，它的栅源高开启电压已不会影响到输出端，输出电压只是和输出管端饱和压降，即MOSFET管端沟道电阻有关。而当今的MOSFET管的沟道电阻是极低的，以美国IRF公司出产的IRF540为例，它的沟道电阻只有0.05欧姆，工作电流10A时的压降才0.5V，远远低于在功率放大电路中常用的晶体三极管。
从实验测得的结果可知，在同样的工作条件下，即±30V，测得的本发明的二级放大电路的功耗可见表2。
表2
根据表1和表2的数据对比可知，本发明的二级放大电路拥有最高的效率。如果工作电压进一步降低时，本发明的二级放大电路的优势降更加明显。参见表3列举的三种电路在±15V时的输出功率。
表3
此外，本发明的二级电路方便地实现过流保护，即从与所述功率放大电路连接的任一电阻R21或R22上取样后，送往可调恒流源Ip。
应当注意地是，在如图3所示的本发明优选实施例中，差动放大电路的管Q11和Q13采用NPN型晶体管，那么MOSFET管Q21应为P沟道型管，并与正向电源+Vcc连接；MOSFET管Q22则应为N沟道型管，与负向电源-Vcc连接。
同样应当想象，如果差动放大电路的管Q11和Q13采用PNP型晶体管，如图5所示，那么MOSFET管Q21应为N沟道型管，并与正向电源+Vcc连接；MOSFET管Q22则应为P沟道型管，与负向电源-Vcc连接。
实践中，本发明的这种功率放大电路具有更广泛的应用，包括需要应用于那些大功率电路。因此，一个根据本发明的一个变形，如图6所示，可以将若干只效应晶体管相互并联分别组成MOSFET管Q21组和MOSFET管Q22组。
还应当理解，根据本发明的技术方案，可以作出多种变形，例如降可调恒流源可以由三极管、MOSFET管的多种电路实现；输入差动管可以采用共射共基极联模式；对称连接动Q13和Q14可以采用MOSFET管取代等，而它们均应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种用漏极作输出级的功率放大电路的连调方法，其特征在于，a)将两个场效应晶体管对称连接在两个相反的第一和第二电源之间，其漏极共同作为输出级；b)设置一对称连接的差动放大电路；c)在所述差动放大电路的发射极连接一可调恒流源，用于获取对称的集电极电流；d)将两个晶体三极管对称连接，利用所述差动放大电路的集电极电流控制其开启，用于获取对称的输出电流；e)利用所述对称的输出电流，控制所述两个场效应管的开启；f)利用所述对称的输出电流获得相同的电压降，调节所述两个场效应管的两个场效应管的栅源的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d)还包括下列处理g)在所述两个晶体三极管的发射极与所述第一电源之间分别接入两个等值的电阻。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤h)将所述一个晶体三极管的发射极与所述一个场效应管的基极连接；i)将所述另一个晶体三极管的集电极与所述另一个场效应管的基极连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤j)在所述另一个晶体三极管的集电极接入一电阻，与所述另一场效应管的栅源电极组成回路，并且该电阻与串接在其发射极的所述电阻阻值相等。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤k)在所述两个场效应管与所述第一和第二电源之间接入等值电阻。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括l)从与场效应管相连的任一电阻上取样，设置过流保护电路，并送往所述可调恒流源。
7.一种功率放大电路，包括一差动放大级，由对称连接的第一三极管和第二三极管组成，用于负反馈输入及输出的控制，其特征在于，所述功率放大电路还包括一可调恒流源，与所述差动电路的发射极连接；一输出级，设置有第一场效应晶体管，其源极经由一电阻与第一电源连接，其漏极作为输出极；第二场效应晶体管，其源极经由一电阻与第二电源连接，该第二电源与所述第一电源极性相反，其漏极与所述第一场效应晶体管的漏极连接并共同作为所述电路的输出极；以及一电流控制单元，用于构成所述功率放大电路的所述两个场效应晶体管栅极电压的输入控制，包含第三晶体三极管，基极与所述第一三极管的集电极连接，发射极与所述第一场效应晶体管的栅极连接；和第四晶体三极管管，基极与所述第二三极管的集电极连接，发射极与所述第二场效应晶体管的栅极连接；以及一电压控制单元，包含第一电阻，连接在所述第一电源与所述第三晶体三极管的发射极之间；和第二电阻，与所述第一电阻的阻值相等，并连接在所述第二电源与所述第四晶体三极管发射极之间。
8.根据权利要求7所述的功率放大电路，其特征在于，所述第四晶体管经由第三电阻与所述第一电源连接，该第三电阻与所述第一电阻阻值相等。
9.根据权利要求7所述的功率放大电路，其特征在于，所述第三和第四晶体三极管对称连接。
10.根据权利要求8所述的功率放大电路，其特征在于，所述电路还包括一过流保护单元，从与所述功率放大电路连接的任一电阻上取样后，送往所述可调恒流源。
11.根据权利要求7所述的功率放大电路，其特征在于，若干只效应晶体管相互并联分别组成所述第一场效应晶体管组和第二场效应晶体管组。
12.根据权利要求7所述的功率放大电路，其特征在于，所述差动放大电路采用NPN型晶体管。
13.根据权利要求7所述的功率放大电路，其特征在于，所述第一场效应管为P沟道型管，并与正向电源连接；所述第二场效应管为N沟道型管，与负向电源连接。
14.根据权利要求7所述的功率放大电路，其特征在于，所述差动放大电路为PNP型晶体管。
15.根据权利要求14所述的功率放大电路，其特征在于，所述第一场效应管为N沟道型管，并与负向电源连接；所述第二场效应管为P沟道型管，与正向电源连接。
16.根据权利要求7所述的功率放大电路，其特征在于，所述第三三极管和所述第四三极管为场效应管。
全文摘要
一种功放电路,包括:一差动放大级;一可调恒流源,与所述差动电路的发射极连接;一输出级具有第一场效应晶体管和第二场效应晶体管,其漏极作为输出极;以及一电流控制单元,包含第三晶体三极管和第四晶体三极管;以及一电压控制单元,包含第一电阻和第二电阻,连接在所述第一电源与所述第三晶体三极管的发射极之间。本发明的功放电路具有成本低廉,性能可靠,线性失真小等优点。
文档编号H03F3/26GK1373555SQ0110930
公开日2002年10月9日 申请日期2001年2月28日 优先权日2001年2月28日
发明者黎锦晖 申请人:黎锦晖