一种新型功率放大电路制造技术

本发明专利技术提供一种新型功率放大电路，包括级联的初级运放单元以及至少一个次级运放单元，所述初级运放单元的输出对所述初级运放单元形成局部反馈，所述次级运放单元的输出对所述初级运放单元形成级间反馈；本发明专利技术的有益效果是本发明专利技术提供的功率放大电路能够实现单端或全差分结构，适用于不同的应用情景，适合在保持高信号带宽同时，显著提高功率放大器的开环增益从而降低其总谐波失真，并保证其稳定性。

A New Power Amplifier Circuit

The invention provides a novel power amplifier circuit, including a cascaded primary operational amplifier unit and at least one secondary operational amplifier unit. The output of the primary operational amplifier unit forms local feedback to the primary operational amplifier unit, and the output of the secondary operational amplifier unit forms inter-stage feedback to the primary operational amplifier unit. The beneficial effect of the invention is the power amplifier circuit energy provided by the invention. It can realize single-ended or fully differential structure, and is suitable for different application scenarios. It is suitable for maintaining high signal bandwidth while significantly improving the open-loop gain of power amplifier to reduce its total harmonic distortion and ensure its stability.

【技术实现步骤摘要】
一种新型功率放大电路
本专利技术属于功率放大器领域，尤其是涉及一种使用级联运算放大器的功率放大电路。
技术介绍
在在现有的技术中，功率放大器广泛用于通讯系统，音频系统等诸多领域。宽信号带宽，低谐波失真，低功耗，并保持电路的稳定性一直是高性能功率放大器的追求目标。为了保证低谐波失真，传统的功率放大器采用单级甲乙类放大器，由于受集成电路带宽增益积的影响，这类结构在应对高信号带宽，低谐波失真率以及低功耗的系统中，面临诸多挑战。降低谐波失真的有效途径是提高运放的环路增益，但是提高高频信号的增益，意味着更高的功耗以及稳定性变差的风险。Vom：共模电压Vin:输入信号电压Vinn：Vinnegative负极性的输入信号电压Vinp：Vinpositive正极性的输入信号电压Vo：输出信号电压Vop：Voutpositive正极性的输出信号电压Von：Voutnegative负极性的输出信号电压
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种功率放大电路，尤其适合在保持高信号带宽同时，显著提高功率放大器的开环增益从而降低其总谐波失真，并保证其稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种新型功率放大电路，其特征在于：包括级联的初级运放单元以及至少一个次级运放单元，所述初级运放单元的输出对所述初级运放单元形成局部反馈，所述次级运放单元的输出对所述初级运放单元形成级间反馈。还包括补偿电路；所述补偿电路包括电阻和/或电容和/或电感，或其组合。其值可以取任意数值，甚或为0。以适应不同应用情景的需求。所述初级运放单元包括第一运算放大器OP1，所述次级运放单元包括第二运算放大器OP2；所述第一运算放大器OP1的输出端与所述第二运算放大器OP2的同相输入端连接；所述第二运算放大器OP2的输出端通过反馈补偿电路Z2反馈到所述第一运算放大器OP1的反相输入端，反相传输系数为b；所述第一运算放大器OP1的输出端局部反馈到所述第一运算放大器OP1的反相输入端，反相传输系数为(1-b)；所述第一运算放大器OP1的反相输入端连接反相输入补偿电路Z1。所述第一运算放大器OP1的同相输入端连接输入信号电压Vin；所述第一运算放大器OP1的反相输入端通过所述反相输入补偿电路Z1连接共模电压Vom。假定所述第一运算放大器OP1，所述第二运算放大器OP2均为单极点运放，则其传输函数分别可以表述为：其中H1(s)，H2(s)运放为第一，第二运算放大器的传输函数，A1和A2为第一，第二运算放大器的直流增益，p1,p2为第一，第二运算放大器的主极点。从而，该结构的环路增益可以表述为从上式可以看出，环路增益提高到第一运算放大器OP1的极点被推远(1-b)A1倍，并引入了一个负零点，从而改善环路的相位裕度，提高结构的稳定性。第一运算放大器OP1的反相传输系数可以但不限于通过改变差分输入管的分配比例实现。有优选地，也可以在第二运算放大器OP2采用局部反馈结构以优化系统的稳定性。即在以上原电路的基础上：所述第二运算放大器OP2的输出端通过反馈补偿电路Z2反馈到所述第二运算放大器OP2的反相输入端，反相传输系数为c；所述第二运算放大器OP2的输出端局部反馈到所述第二运算放大器OP2的反相输入端，反相传输系数为(1-c)。进一步的，对第二运算放大器OP2的局部反馈可以与第一运算放大器OP1局部反馈组合使用，以进一步增强系统的稳定性。在以上电路的基础上，还包括设置于所述第二运算放大器OP2的输出端到所述第二运算放大器OP2的反相输入端局部反馈回路的第二运放局部反馈补偿电路Z4；所述第二运算放大器OP2的反相输入端通过第二运放反相输入补偿电路Z3连接共模电压Vom。优选地，以上本专利技术所提供的单端放大电路均可以组合成全差分放大电路。即，所述新型功率放大电路还包括级联的第二初级运放单元以及至少一个第二次级运放单元；所述第二初级运放单元及所述第二次级运放单元与所述初级运放单元及所述次级运放单元组合成全差分结构。与单端放大电路相比，全差分放大电路能提供更大的输出电压摆幅，并具有不易受共模噪声影响，更高的线性度，减少偶次谐波干扰等优点。进一步的，也可以在Z1的输入端加载共模信号。本专利技术具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，本专利技术提供的功率放大电路能够实现单端或全差分结构，适用于不同的应用情景，适合在保持高信号带宽同时，显著提高功率放大器的开环增益从而降低其总谐波失真，并保证其稳定性。附图说明图1是本专利技术一单端形式实施例示意图图2是本专利技术一二级运放带局部反馈的单端形式实施例示意图图3是本专利技术另一二级运放带局部反馈的单端形式实施例示意图图4是本专利技术一全差分形式实施例示意图图5是本专利技术一带共模输入的全差分形式实施例示意图图6是传统二级运放开环增益的Bode图图7是本专利技术一实施例开环增益的Bode图图8是本专利技术一带共模输入保护的实施例局部示意图图9是本专利技术一带输出保护的实施例局部示意图图10是本专利技术一带电源端保护的实施例局部示意图具体实施方式本专利技术提供了一种新型功率放大电路，包括级联的初级运放单元以及至少一个次级运放单元，初级运放单元的输出对初级运放单元形成局部反馈，次级运放单元的输出对初级运放单元形成级间反馈。还包括补偿电路；补偿电路包括电阻和/或电容和/或电感，或其组合。其值可以取任意数值，甚或为0。以适应不同应用情景的需求。在图1所示的本专利技术一单端形式实施例中，由级联的第一运算放大器OP1与第二运算放大器OP2组成一个单端放大电路。第一运算放大器OP1的输出端与第二运算放大器OP2的同相输入端连接；第二运算放大器OP2的输出端通过反馈补偿电路Z2反馈到第一运算放大器OP1的反相输入端，反相传输系数为b；第一运算放大器OP1的输出端局部反馈到第一运算放大器OP1的反相输入端，反相传输系数为(1-b)；第一运算放大器OP1的反相输入端连接反相输入补偿电路Z1。第一运算放大器OP1的同相输入端连接输入信号电压Vin；第一运算放大器OP1的反相输入端通过反相输入补偿电路Z1连接共模电压Vom。第二运算放大器OP2的输出端通过反馈补偿电路Z2反馈到第二运算放大器OP2的反相输入端。在本实施例中，假定A1＝100,A2＝1000,Z1＝Z2＝0则可得到如图7所示的本专利技术一实施例开环增益的Bode图，与相同条件下的传统二级运放的开环增益，如图6所示进行对比。可以看出，本专利技术的实施例中尽管直流增益有所减少，但是高频增益几乎相同，相位特性明显改善，相位裕度从0度提高到80度，稳定性大大提高。在本专利技术的一些实施例中，也可以在OP2采用局部反馈结构，或者与OP1局部反馈组合使用。如图2所示，在本专利技术一二级运放带局部反馈的单端形式实施例中，由级联的第一运算放大器OP1与第二运算放大器OP2组成一个单端放大电路。第一运算放大器OP1的输出端与第二运算放大器OP2的同相输入端连接；第二运算放大器OP2的输出端通过反馈补偿电路Z2反馈到第一运算放大器OP1的反相输入端，反相传输系数为b；第一运算放大器OP1的输出端局部反馈到第一运算放大器OP1的反相输入端，反相传输系数为(1-b)；第一运算放大器OP1的反相输入端连接反相输入补偿电路Z1。第一运算放大器OP1的同相输入端连接输入信号电压Vin本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型功率放大电路，其特征在于：包括级联的初级运放单元以及至少一个次级运放单元，所述初级运放单元的输出对所述初级运放单元形成局部反馈，所述次级运放单元的输出对所述初级运放单元形成级间反馈。

【技术特征摘要】
1.一种新型功率放大电路，其特征在于：包括级联的初级运放单元以及至少一个次级运放单元，所述初级运放单元的输出对所述初级运放单元形成局部反馈，所述次级运放单元的输出对所述初级运放单元形成级间反馈。2.根据权利要求1所述的一种新型功率放大电路，其特征在于：所述次级运放单元的输出对所述次级运放单元形成局部反馈。3.根据权利要求1或2所述的一种新型功率放大电路，其特征在于：还包括级联的第二初级运放单元以及至少一个第二次级运放单元；所述第二初级运放单元及所述第二次级运放单元与所述初级运放单元及所述次级运放单元组合成全差分结构。4.根据权利要求1所述的一种新型功率放大电路，其特征在于：还包括补偿电路；所述初级运放单元包括第一运算放大器OP1，所述次级运放单元包括第二运算放大器OP2；所述第一运算放大器OP1的输出端与所述第二运算放大器OP2的同相输入端连接；所述第二运算放大器OP2的输出端通过反馈补偿电路Z2反馈到所述第一运算放大器OP1的反相输入端，反相传输系数为b；所述第一运算放大器OP1的输出端局部反馈到所述第一运算放大器OP1的反相输入端，反相传输系数为(1-b)；所述第一运算放大器OP1的反相输入端连接反相输入补偿电路Z1。5.根据权利要求4所述的一种新型功率放大电路，其特征在于：当所述第一运算放大器OP1以及所述第二运算放大器OP2为主极点分别为p1,p2的单极点运放时；所述第一运算放大器OP1的直流增益为A1时，所述第一运算放大器OP1的传输函数H1(s)可表示为所述第二运算放大器OP2的直流增益为A2时，所述第二运算放大器OP2的传输函数H2(s)可表示为功率放大电路的环路增益：6.根据权利要求2所述的一种新...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹政新，
申请(专利权)人：曹政新，
类型：发明
国别省市：上海,31