[發(fā)明專利]高頻信號(hào)放大及控制電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710824659.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN107395134A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳迪;陶智;黃敏;王鈺;陳大慶;張曉俊;許宜申;肖仲喆;孫寶印
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F1/26
• 分類號(hào): H03F1/26;H03F1/32;H03F1/48;H03F1/56;H03F3/195;H03F3/21;H03F3/213;H03G3/30
• 代理公司: 蘇州謹(jǐn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)32295
• 代理人: 葉棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高頻信號(hào)放大及控制電路，屬于控制電路領(lǐng)域。

背景技術(shù)

信號(hào)放大器可大致分為四大類。根據(jù)所用器件不同，分為晶體管放大器、場效應(yīng)管放大器和集成電路放大器；根據(jù)頻譜寬度的不同，分為窄帶放大器和寬帶放大器；根據(jù)電路形式的不同，分為單級(jí)放大器和級(jí)聯(lián)放大器；根據(jù)不同負(fù)載的不同性質(zhì)，分為諧振放大器和非諧振放大器。

高頻小信號(hào)放大器一般用在通信系統(tǒng)中的接收機(jī)中。例如，在新型數(shù)字式超聲聲功率計(jì)的研制過程中，需要一個(gè)小信號(hào)放大器用以對(duì)傳感器將待測超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換而來的電信號(hào)進(jìn)行放大；為了實(shí)時(shí)測量出近鉆頭處的鉆井參數(shù)，就需要一個(gè)能有效抑制噪聲的放大器；對(duì)于高速破片參數(shù)的測量需要設(shè)計(jì)的放大電路具有低噪聲、高響應(yīng)速度的特性的同時(shí)還要有好的選擇性。高頻放大是信號(hào)傳輸電路中的核心部分，理論簡單，但實(shí)際設(shè)計(jì)起來并不簡單。最經(jīng)常出現(xiàn)的問題是自激震蕩，難以實(shí)現(xiàn)各級(jí)的阻抗匹配和頻率選擇，這就必須考慮阻抗匹配電路及匹配電路和級(jí)間耦合電路對(duì)系統(tǒng)電路的影響。

目前，對(duì)高頻小信號(hào)放大電路的研究集中在用分立元件設(shè)計(jì)放大電路、使用集成電路運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)電路以及用諧振回路來設(shè)計(jì)的放大電路。

一個(gè)利用分立元器件和全集成電路來設(shè)計(jì)的程控放大器，由高頻差分放大器LM733、場效應(yīng)管3DJ7K、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC1210組成，該放大電路可以實(shí)現(xiàn)100dB的增益，頻率范圍為2.5～7.5MHz，輸入小信號(hào)電壓為10mV～4.5V。

而針對(duì)小信號(hào)諧振放大器的研究現(xiàn)在已比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。小信號(hào)諧振放大器利用諧振回路作為負(fù)載。其中，晶體管可以用NPN高頻大功率晶體管2N2222A，選取LC諧振回路作為晶體管的負(fù)載可以起到選頻濾波的作用，設(shè)計(jì)完成的LC諧振功率放大器的增益可達(dá)60dB，中心頻率為15MHz，還有用OPA355作電壓跟隨器，LM317作穩(wěn)壓電源用來設(shè)計(jì)的高頻小信號(hào)LC諧振放大器。

2011年，一個(gè)發(fā)明專利研究的一種高頻小信號(hào)放大電路，主要是用來檢測OLED/TFT-LCD的電性能，該放大電路由三個(gè)共射極組態(tài)的晶體管和一個(gè)LC諧振電路組成，能夠?qū)崿F(xiàn)1000倍的放大且?guī)捫∮?00kHz。2014年，又出現(xiàn)了一種高頻跨阻放大器，當(dāng)某一頻率的高頻電壓進(jìn)入到該放大器時(shí)，通過電路中多個(gè)共射極組態(tài)的晶體管放大和并聯(lián)諧振回路的選頻作用，信號(hào)被放大1000倍以上，且放大器的帶寬小于300Hz，這個(gè)放大器相比于之前單調(diào)諧回路諧振放大電路具有高增益、窄帶寬的優(yōu)點(diǎn)，并且該放大器采用的還是單電源供電。而后又有一個(gè)針對(duì)測量高速破片參數(shù)的高頻小信號(hào)放大電路被設(shè)計(jì)出來，該放大電路的前置放大級(jí)用運(yùn)算放大器OP07作為核心器件，其中，運(yùn)算放大器OP07本身是高頻響、低噪聲的；主放大器用運(yùn)算放大器OP27作為核心器件，其中，運(yùn)算放大器OP27本身是高精度、高增益的，總體電路的放大增益是93dB，頻率響應(yīng)速度快，能很好地放大100kHz及以上的高頻小信號(hào)。

可以看出，現(xiàn)在放大器的設(shè)計(jì)要求主要是功率增益要足夠，放大器的噪聲要小，工作要穩(wěn)定，自激震蕩要消除，阻抗要匹配等。

在上述提到的高頻信號(hào)放大電路中，仍有一些未解決的問題存在：

(1)有些以分立元件為主的高頻放大器，單個(gè)晶體管的最高工作頻率可以很高，線路也較簡單，但是現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法需要大量復(fù)雜的運(yùn)算，且對(duì)放大電路部分輸入、輸出匹配電阻的確定需應(yīng)用作圖方法來確定，硬件設(shè)計(jì)結(jié)束才可測定指標(biāo)，設(shè)計(jì)中不易保證電路設(shè)計(jì)的可靠性。

(2)現(xiàn)有的采用集成電路運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的放大電路不能很好地解決阻抗匹配以及增益可調(diào)等問題。

(3)通過無線電接收到的信號(hào)包含了有用信號(hào)、信號(hào)干擾和噪聲，放大器輸入電路的功能是篩選出有用的信號(hào)，濾除噪聲和干擾，但是現(xiàn)有的技術(shù)還無法在可變?cè)鲆?、大?fù)載的情況下很好的解決低噪聲、低失真等問題。。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有阻抗匹配、高共模抑制比、高增益、小的失調(diào)和飄移且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的高頻信號(hào)放大及控制電路。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高頻信號(hào)放大及控制電路，其特征在于，所述高頻信號(hào)放大及控制電路包括前級(jí)電壓放大電路、中間級(jí)程控放大電路及后級(jí)功率放大電路，所述前級(jí)電壓放大電路接收高頻微弱信號(hào)并經(jīng)過匹配阻抗和噪聲抑制后輸送至所述中間級(jí)程控放大電路，所述中間級(jí)程控放大電路將由前級(jí)電壓放大電路處理過的高頻微弱信號(hào)經(jīng)壓控增益后輸送至后級(jí)功率放大電路，所述后級(jí)功率放大電路經(jīng)由中級(jí)電壓放大電路處理后的高頻微弱信號(hào)經(jīng)過功率放大后輸出高頻放大信號(hào)。