專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電源領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路。·
背景技術(shù)：
在低壓供電的信號處理系統(tǒng)中，為了使輸出信號足以驅(qū)動下一極負(fù)載，要求單電源運(yùn)放最好能滿幅輸出以盡量擴(kuò)大其信號輸出的高動態(tài)范圍?；诂F(xiàn)代運(yùn)算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，真正滿幅輸出是不存在的。因?yàn)椴还苁且跃w管還是場效應(yīng)管構(gòu)建的運(yùn)放輸出級，其輸出的電壓都會存在一定程度的飽和壓降，即運(yùn)算放大器的最大輸出電壓都比電源電壓低，一般晶體管的壓降在1-2V左右，場效應(yīng)管較小。這種情況給要求運(yùn)放輸出級輸出電壓必須達(dá)到滿幅的日常應(yīng)用帶來極大的不便。目前，遇到上述情況有兩種解決方案。一種是將該種普通運(yùn)放直接換成軌對軌運(yùn)放(Rail To Rail)以消除丟失的動態(tài)范圍。軌對軌運(yùn)放雖然能夠提供近似滿幅的電壓輸出，但仍然存在不足之處I)并非所有系統(tǒng)的輸入和輸出都能夠承受軌對軌的電壓，如果運(yùn)放的輸出或者輸入不支持軌對軌，接近輸入或者輸出的電壓極限的電壓都可能導(dǎo)致運(yùn)放的功能退化；2)軌對軌運(yùn)放的價(jià)格是普通運(yùn)放的幾倍。另一種方案是采用DC-DC升壓器直接提高電源電壓，再用于供電?；趯\(yùn)放基本原理的分析，運(yùn)放的輸出級電壓是受電源電壓限制的，因此，適當(dāng)?shù)奶嵘娫措妷旱闹悼梢栽谝欢ǖ某潭壬咸岣哌\(yùn)放輸出級的輸出電壓，但DC-DC升壓器在成本上仍然是普通運(yùn)放的幾倍?；谏鲜鰡栴}，需要一種性價(jià)比更高的能夠?qū)崿F(xiàn)單電源運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，來滿足低電壓的模擬電路芯片來降低功耗的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種性價(jià)比更高的能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，以解決生產(chǎn)成本高及運(yùn)放內(nèi)部存在的壓降問題。為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，所述電路包括運(yùn)算放大器、反饋電阻、接地電阻、穩(wěn)壓管、與穩(wěn)壓管相連的外接電阻和雙極型晶體管，所述運(yùn)算放大器、穩(wěn)壓管、與穩(wěn)壓管相連的外接電阻、雙極型晶體管和反饋電阻依次連接構(gòu)成負(fù)反饋回路，輸出信號經(jīng)反饋電阻反饋回運(yùn)算放大器的同相輸入端，與運(yùn)算放大器的反相輸入端比較放大后輸出到穩(wěn)壓管，驅(qū)動雙極型晶體管滿幅輸出穩(wěn)定的電壓信號。進(jìn)一步地，所述負(fù)反饋回路中，運(yùn)算放大器的輸出端與穩(wěn)壓管的一端相連；穩(wěn)壓管的另一端與外接電阻的一端相連；雙極型晶體管的基極與外接電阻另一端相連，集電極與反饋電阻一端相連，發(fā)射極與電源相連；反饋電阻另一端與接地電阻串聯(lián)；反饋電阻與接地電阻中間的支路與運(yùn)算放大器的同相輸入端相連；信號輸入端的一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，另一端與地相連；信號輸出端的一端與反饋電阻相連，另一端與接地。進(jìn)一步地，所述運(yùn)算放大器采用普通運(yùn)算放大器，包括晶體管或者場效應(yīng)管。[0009]進(jìn)一步地，所述雙極型晶體管包括PNP型三極管。進(jìn)一步地，所述反饋電阻的阻值為接地電阻阻值的N倍，其中，N為不為零的整數(shù)。進(jìn)一步地，所述運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為1+N，其中，N為不為零的整數(shù)。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案能夠保證輸出信號經(jīng)反饋電阻反饋回運(yùn)算放大器的同相輸入端，與運(yùn)算放大器的反相輸入端比較放大后輸出到穩(wěn)壓管，驅(qū)動雙極型晶體管真正的滿幅輸出穩(wěn)定的電壓信號，該電路結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，提高了下一級負(fù)載的驅(qū)動能力；同時(shí)，本實(shí)用新型與現(xiàn)有的解決方案相比降低了生產(chǎn)成本。

圖I為現(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)穩(wěn)壓放大電路的電路原理圖；圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)穩(wěn)壓放大電路的電路原理圖。如圖I所示，串聯(lián)穩(wěn)壓放大電路包括運(yùn)算放大器U1、反饋電阻Rl和接地電阻R2，所述運(yùn)算放大器Ul和反饋電阻Rl組成反饋回路，信號輸入端的一端與運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端相連，另一端與地相連；信號輸出端的一端與運(yùn)算放大器Ul輸出端相連,另一端與接地。運(yùn)算放大器的輸出端為下一級負(fù)載提供驅(qū)動電壓信號。假設(shè)圖I所示的串聯(lián)穩(wěn)壓放大電路為一臺電動機(jī)提供驅(qū)動電壓，所述電動機(jī)作為放大電路的下一級負(fù)載需要0-10V的動態(tài)電壓。本實(shí)施例中，利用四節(jié)鋰離子電池作為運(yùn)放的工作電源，其滿充時(shí)總電壓為16. 8V(4*4. 2V)，減去運(yùn)放內(nèi)部存在的壓降I. 5V，輸出級可輸出的最大電壓為14. 3V(16. 8V-1. 5V)，大于10V，滿足驅(qū)動條件，電動機(jī)可正常工作。但在實(shí)際運(yùn)作中，隨著電池工作時(shí)間的加長，電池供電的電壓會逐漸下降，當(dāng)每節(jié)電池的電壓降至最低電壓2. 75V時(shí)，電源總電壓變?yōu)镮lV (4*2. 75V)，同理，減去運(yùn)放內(nèi)部存在的壓降
I.5V，則輸出級可輸出的最大電壓變?yōu)?. 5V，小于10V，此時(shí)無法驅(qū)動電動機(jī)。針對上述情況，一般可采用增加一節(jié)電池或DC-DC升壓器來使電源電壓升高，或者直接將該運(yùn)放換成軌對軌運(yùn)放，但這兩種方法無疑都增加了產(chǎn)品的成本。現(xiàn)采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案解決上述案例中的問題。圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路原理圖。如圖2所示，所述電路包括運(yùn)算放大器U1、反饋電阻R1、接地電阻R2、穩(wěn)壓管D1、與穩(wěn)壓管Dl相連的外接電阻R3和雙極型晶體管Q1，所述運(yùn)算放大器U1、穩(wěn)壓管D1、與穩(wěn)壓管相連的外接電阻R3、雙極型晶體管Ql和反饋電阻Rl依次連接構(gòu)成負(fù)反饋回路，輸出信號經(jīng)反饋電阻Rl反饋回運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端，與運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端比較放大后輸出到穩(wěn)壓管D1，驅(qū)動雙極型晶體管Ql滿幅輸出穩(wěn)定的電壓信號。其中，所述反饋回路中，運(yùn)算放大器Ul的輸出端與穩(wěn)壓管Dl的一端相連；穩(wěn)壓管Dl的另一端與外接電阻R3的一端相連；雙極型晶體管Ql的基極與外接電阻R3另一端相連，集電極與反饋電阻Rl —端相連，發(fā)射極與電源VCC相連；反饋電阻Rl另一端與接地電阻R2串聯(lián)；反饋電阻Rl與接地電阻R2中間的支路與運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端相連；信號輸入端的一端與運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端相連,另一端與地相連；信號輸出端的一端與反饋電阻Rl相連，另一端與接地。所述運(yùn)算放大器Ul采用普通運(yùn)算放大器，包括晶體管或者場效應(yīng)管。所述雙極型晶體管Ql包括PNP型三極管。所述反饋電阻Rl的阻值為接地電阻R2阻值的N倍，其中，N為不為零的整數(shù)，所述運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為1+N。本實(shí)施例中，設(shè)N為1，即R1、R2的電阻值相等，設(shè)都取10K，則所述放大電路放大的倍數(shù)Avf=2 ;設(shè)穩(wěn)壓二極管Dl的額定電壓為3. 3V (如型號為2CW51的穩(wěn)壓二極管)，額定功率為1/4W;運(yùn)算放大器Ul內(nèi)部輸出級的壓降為I. 5V，輸入控制信號的動態(tài)范圍最大值為5V ；PNP型三極管Ql的導(dǎo)通電壓為O. 7V ;與穩(wěn)壓管相連的R3電阻取值很小，其兩端的電壓Ur3可忽略不計(jì)。參見圖2，其具體的實(shí)施方式如下 假設(shè)運(yùn)算放大器Ul同相輸入端的電壓為U+，反相輸入端的電壓為U_，其輸出端輸出的電壓為Uf5 ;三極管Ql基極端的電壓為Us，發(fā)射極端的電壓為Usii，集電極端的電壓為Ua ;運(yùn)放內(nèi)部壓降為Uot ;運(yùn)放放大的倍數(shù)Avf，本實(shí)施例中Avf=1+N=2，N=反饋電阻Rl/接地電阻R2。初始時(shí)刻，單片機(jī)輸入的控制信號為o，u-=o，則U^^VCC-Ugp^g. 5V，達(dá)到最大值，此時(shí)U基=U輸+UD1=12.8V也達(dá)到最大值。由于U基大于U發(fā)射，PNP型三極管Ql截止，U集=0。輸出信號U集=0經(jīng)反饋電阻Rl反饋后，根據(jù)虛斷原理，U_=U+=0，此時(shí)，U 、U s、U _均恒定，輸出的驅(qū)動電壓值最大。當(dāng)單片機(jī)輸入的控制信號由O開始逐漸增加時(shí)，U_大于υ+，υ ^漸下降，當(dāng)降至^Μ減去值大于O. 7V時(shí)，三極管Ql開始導(dǎo)通，U集由O開始逐漸增大，當(dāng)增至U集=2*U_時(shí)，輸出信號U集=2*U_經(jīng)反饋電阻Rl反饋后，根據(jù)虛短原理，U_=U+，U輸、U基、U集在原來的基礎(chǔ)上恒定為另一個(gè)值。當(dāng)單片機(jī)輸入的控制信號繼續(xù)增加，使U—大于U+，則U-就會繼續(xù)下降，Uft繼續(xù)增力口，且最終在再次達(dá)到U集=2*U_時(shí)，U輸、U基、U集為恒定值。重復(fù)上述步驟，當(dāng)U_達(dá)到輸入控制信號的動態(tài)范圍最大值時(shí)，即5V時(shí)，Uft等于IOV也達(dá)到最大值，即實(shí)現(xiàn)滿幅輸出，為電動機(jī)提供穩(wěn)定的驅(qū)動電壓。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案能夠保證輸出信號經(jīng)反饋電阻反饋回運(yùn)算放大器的同相輸入端，與運(yùn)算放大器的反相輸入端比較放大后輸出到穩(wěn)壓管，驅(qū)動雙極型晶體管真正的滿幅輸出穩(wěn)定的電壓信號，該電路結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，提高了下一級負(fù)載的驅(qū)動能力；同時(shí)，本實(shí)用新型與現(xiàn)有的解決方案相比降低了生產(chǎn)成本。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實(shí)用新型所披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，所述電路包括運(yùn)算放大器、反饋電阻和接地電阻，其特征在于，所述電路還包括穩(wěn)壓管、與穩(wěn)壓管相連的外接電阻和雙極型晶體管，所述運(yùn)算放大器、穩(wěn)壓管、與穩(wěn)壓管相連的外接電阻、雙極型晶體管和反饋電阻依次連接構(gòu)成負(fù)反饋回路，輸出信號經(jīng)反饋電阻反饋回運(yùn)算放大器的同相輸入端，與運(yùn)算放大器的反相輸入端比較放大后輸出到穩(wěn)壓管，驅(qū)動雙極型晶體管滿幅輸出穩(wěn)定的電壓信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，其特征在于，所述負(fù)反饋回路中，運(yùn)算放大器的輸出端與穩(wěn)壓管的一端相連；穩(wěn)壓管的另一端與外接電阻的一端相連；雙極型晶體管的基極與外接電阻另一端相連，集電極與反饋電阻一端相連，發(fā)射極與電源相連；反饋電阻另一端與接地電阻串聯(lián)；反饋電阻與接地電阻中間的支路與運(yùn)算放大器的同相輸入端相連；信號輸入端的一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，另一端與地相連；信號輸出端的一端與反饋電阻相連，另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，其特征在于，所述運(yùn)算放大器采用普通運(yùn)算放大器，包括晶體管或者場效應(yīng)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，其特征在于，所述雙極型晶體管包括PNP型三極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，其特征在于，所述反饋電阻的阻值為接地電阻阻值的N倍，其中，N為不為零的整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，其特征在于，所述運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為1+N，其中，N為不為零的整數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器滿幅輸出的電路，所述電路中運(yùn)算放大器、穩(wěn)壓管、與穩(wěn)壓管相連的外接電阻、雙極型晶體管和反饋電阻依次連接構(gòu)成負(fù)反饋回路，輸出信號經(jīng)反饋電阻反饋回運(yùn)算放大器的同相輸入端，與運(yùn)算放大器的反相輸入端比較放大后輸出到穩(wěn)壓管，驅(qū)動雙極型晶體管真正的滿幅輸出穩(wěn)定的電壓信號，該電路結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，提高了下一級負(fù)載的驅(qū)動能力；同時(shí)，本實(shí)用新型與現(xiàn)有的解決方案相比降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號H03F3/45GK202772849SQ20122046381
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者蔡燕鳳, 李小平, 邱顯煥, 蔣長林, 李偉善, 馮岸柏, 馮洪亮, 陳毅斌 申請人:深圳華粵寶電池有限公司