[發(fā)明專利]光纖隔離多管串聯(lián)高壓放大器及其應(yīng)用方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110228153.8
• 申請(qǐng)日: 2011-08-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102386853A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉朝鋒;甘景福;袁燕嶺;覃朝云;寧文元;王珅;黃松嶺;趙偉;徐云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F1/02
• 分類號(hào): H03F1/02
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料高壓測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及光纖隔離多管串聯(lián)高壓放大器及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

高壓放大器是將幾伏的低壓信號(hào)放大到數(shù)千伏或數(shù)萬(wàn)伏的高壓信號(hào)的一種電壓放大器。用于高壓測(cè)試，強(qiáng)電場(chǎng)試驗(yàn)等諸多場(chǎng)合。

現(xiàn)有技術(shù)中，如國(guó)內(nèi)天津圣火科技有限公司生產(chǎn)的SHVA-252NP50型高壓放大器峰峰值5000V，頻率范圍為0-1000Hz。由于沒(méi)有采用光纖進(jìn)行信號(hào)隔離，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要在上下橋臂分別使用N溝道m(xù)os管和P溝道m(xù)os管，電壓幅值及頻率均受到多種因素限制。本文中只需要使用單一的N溝道m(xù)os管即可，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述缺陷公開(kāi)了光纖隔離多管串聯(lián)高壓放大器，它的結(jié)構(gòu)如下：模數(shù)轉(zhuǎn)換電路串聯(lián)光纖發(fā)射電路，光纖發(fā)射電路通過(guò)第一光纖與第一光纖接收電路連接，并且通過(guò)第二光纖與第二光纖接收電路連接，第一光纖接收電路、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、第一信號(hào)處理電路和高壓工作電路的上橋臂依次串聯(lián)連接，第二光纖接收電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、第二信號(hào)處理電路和高壓工作電路的下橋臂依次串聯(lián)連接，電源分別連接第一光纖接收電路、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、第一信號(hào)處理電路、第二光纖接收電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和第二信號(hào)處理電路。

所述高壓工作電路由上橋臂和下橋臂串聯(lián)組成，上橋臂由第1單元-第20單元串聯(lián)而構(gòu)成，下橋臂由第21單元-第40單元串聯(lián)而構(gòu)成，每個(gè)單元的結(jié)構(gòu)如下：壓敏電阻和二極管并聯(lián)后跨接MOS管的源極和漏極，穩(wěn)壓二極管跨接MOS管的柵極和源極，電阻跨接MOS管的柵極和漏極。

所述第一信號(hào)處理電路由電壓跟隨電路、低通濾波電路、比例縮放電路、加法器電路和功率放大電路串聯(lián)而構(gòu)成，第一信號(hào)處理電路的輸入端接電壓跟隨電路，第一信號(hào)處理電路的輸出端接功率放大電路；

所述第二信號(hào)處理電路由電壓跟隨電路、反向比例電路、低通濾波電路、比例縮放電路、加法器電路和功率放大電路串聯(lián)而構(gòu)成，第二信號(hào)處理電路的輸入端接電壓跟隨電路，第二信號(hào)處理電路的輸出端接功率放大電路。

所述電源由直流電源、高頻逆變電路、電子變壓器、整流電路和穩(wěn)壓電路串聯(lián)而構(gòu)成。

光纖隔離多管串聯(lián)高壓放大器的應(yīng)用方法如下：模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，光纖發(fā)射電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，光信號(hào)通過(guò)第一光纖傳輸至第一光纖接收電路，通過(guò)第二光纖傳輸至第二光纖接收電路；第一光纖接收電路和第二光纖接收電路將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，第一信號(hào)處理電路和第二信號(hào)處理電路分別對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，然后將經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)輸出到第1單元-第40單元中的MOS管的柵極和源極之間，使MOS管輸出高壓信號(hào)，完成對(duì)信號(hào)的高壓放大；電源為第一光纖接收電路、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、第一信號(hào)處理電路、第二光纖接收電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和第二信號(hào)處理電路提供穩(wěn)定的電壓。

所述第一信號(hào)處理電路的信號(hào)處理過(guò)程如下：電壓跟隨電路的輸出電壓等于輸入電壓，完成對(duì)信號(hào)的高阻抗隔離；比例縮放電路將信號(hào)比例放大或縮小，從而獲得合適的電壓增益，低通濾波電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，設(shè)置通帶帶寬為20kHz，從而濾除信號(hào)中的高頻干擾；加法器電路將一個(gè)直流偏置電壓加入到交流信號(hào)中，從而獲得驅(qū)動(dòng)MOS管所需要的合適的偏置電壓；功率放大電路將信號(hào)的電流放大，從而為驅(qū)動(dòng)MOS管提供適當(dāng)?shù)碾娏鳎?/p>

所述第二信號(hào)處理電路的信號(hào)處理過(guò)程如下：電壓跟隨電路的輸出電壓等于輸入電壓，完成對(duì)信的高阻抗隔離；反向比例電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行反向操作，操作完成后的信號(hào)與原信號(hào)幅值相同，相位相反，然后再對(duì)信號(hào)按比例放大或縮小，從而獲得合適的電壓增益；低通濾波電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，設(shè)置通帶帶寬為20kHz，從而濾除信號(hào)中的高頻干擾；加法器電路將一個(gè)直流偏置電壓加入到交流信號(hào)中，從而獲得驅(qū)動(dòng)MOS管所需要的合適的偏置電壓，功率放大電路將信號(hào)的電流放大，從而為驅(qū)動(dòng)MOS管提供足夠的電流。

所述電源產(chǎn)生穩(wěn)定電壓的過(guò)程如下：直流電源作為穩(wěn)壓源輸出直流電流，該直流電流經(jīng)高頻逆變電路后變?yōu)楦哳l交流電流，該高頻交流電流通過(guò)電子變壓器耦合，再通過(guò)整流電路整流后變?yōu)橹绷麟娏鳎詈蠼?jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的電壓。

本發(fā)明的有益效果為：輸出電壓高，輸出信號(hào)頻率寬，光纖隔離安全可靠，設(shè)備體積小，可廣泛應(yīng)用于高壓壓電材料測(cè)試、高壓絕緣測(cè)試、構(gòu)建強(qiáng)電場(chǎng)等諸多高壓測(cè)試場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的電路圖；

圖2為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的示意圖；