本發(fā)明涉及一種線性可變?cè)鲆娣糯笃鳌?/p>

背景技術(shù)：

可變?cè)鲆娣糯笃魇鞘静ㄆ髂M通道中最重要的組件，基本決定了示波器模擬通道中大部分模擬性能，包括垂直靈敏度、帶寬、噪聲、溫漂等關(guān)鍵指標(biāo)。通過改變可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆婵梢造`活的調(diào)節(jié)示波器的垂直靈敏度，擴(kuò)展示波器的垂直動(dòng)態(tài)范圍。

參考圖1，典型的示波器100包括信號(hào)輸入端101、高阻衰減網(wǎng)絡(luò)102、交直流耦合電路103、單位增益緩沖電路104、垂直偏移電路105、可變?cè)鲆娣糯箅娐?06、帶寬限制電路107、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(adc)108、控制處理單元109等。

被測(cè)信號(hào)通過輸入信號(hào)端口101進(jìn)入示波器100后首先通過高阻衰減網(wǎng)絡(luò)102對(duì)輸入的大信號(hào)進(jìn)行衰減，以使信號(hào)符合后級(jí)電路的輸入要求；交直流耦合電路103用于選擇是否濾除輸入信號(hào)中的直流成分，當(dāng)輸入信號(hào)的直流成分過大，影響波形的觀察，就可以選擇交流耦合；垂直偏移電路105用于調(diào)節(jié)波形在顯示器上的垂直位置，增加波形觀察的靈活性；單位增益緩沖電路104對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行緩沖，隔離前后級(jí)電路之間的影響，增加對(duì)后級(jí)的驅(qū)動(dòng)能力；帶寬限制電路107用于選擇示波器的輸入帶寬，通常要求至少有20mhz帶寬限制；可變?cè)鲆娣糯箅娐?06根據(jù)當(dāng)前的垂直檔位設(shè)置相應(yīng)的增益以符合模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍要求；模數(shù)轉(zhuǎn)換器108對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣量化，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳輸給控制處理單元；控制處理單元109對(duì)采樣量化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行波形重構(gòu)并顯示，同時(shí)根據(jù)用戶設(shè)置對(duì)模擬通道相關(guān)部件進(jìn)行控制。

可變?cè)鲆娣糯笃?06直接決定了示波器100所能達(dá)到的垂直靈敏度(示波器垂直檔位一般稱為垂直靈敏度)。通常示波器要求垂直靈敏度能夠?qū)崿F(xiàn)1-2-5步進(jìn)調(diào)節(jié)，垂直靈敏度越高，要求的增益越大。用戶根據(jù)被測(cè)波形選擇合適的垂直靈敏度，以使波形顯示更完整清晰。

美國(guó)公開專利文件us4695806公開了一種精密程控有源衰減器。

參考圖2，該可變?cè)鲆娣糯笃靼ㄒ粋€(gè)下端射極耦合晶體管對(duì)q1、q2，一個(gè)連接所述晶體管對(duì)發(fā)射級(jí)的電阻10，兩個(gè)偏置恒流源12、14，兩個(gè)上端射極耦合晶體管對(duì)q3、q4和q5、q6，兩個(gè)偏置分壓電阻30、32，兩對(duì)輸出電阻44、46與48、50，兩個(gè)運(yùn)放u1、u2，一個(gè)電流檢測(cè)電阻r，第三晶體管q3、q6的集電極分別作為放大器的輸出端40、42。

其中所述的偏置恒流源分別接在第一晶體管q1、q2的發(fā)射級(jí)與負(fù)電源-v之間用于提供晶體管正常工作需要的靜態(tài)工作點(diǎn)，每個(gè)偏置電流源12、14產(chǎn)生放大器工作點(diǎn)的共模偏置電流icm的一半。第一晶體管q1的基極連接至輸入節(jié)點(diǎn)16與偏置電阻18，晶體管q2的基極連接至輸入節(jié)點(diǎn)20與偏置電阻22。差分輸入信號(hào)vi輸入至節(jié)點(diǎn)16、20，電阻10兩端的電壓產(chǎn)生信號(hào)電流ii，與共模偏置電流icm疊加在晶體管對(duì)q1、q2的集電極。

所述的第三晶體管q3、q4的發(fā)射極耦合在一起并與q1的集電極相連，第五晶體管q5、q6的發(fā)射極耦合在一起并與q2的集電極相連，q3、q6的基極一起連接到有電阻30、32分壓得到的偏置電壓vb上，q4、q5的基極一起連接到運(yùn)算放大器u2的輸出。q3、q6集電極分別連接到到輸出端40、42，負(fù)載電阻網(wǎng)絡(luò)48、50放置于q3、q6的集電極之間，產(chǎn)生差分輸出電壓vo。電阻44、46遠(yuǎn)大于電阻48、50，用于檢測(cè)輸出信號(hào)vo的共模電平，利用運(yùn)放u1的負(fù)反饋?zhàn)饔谜{(diào)節(jié)負(fù)載電阻48、50公共端的電壓使輸出共模電平與參考電平vref相等。電阻r的一端接在負(fù)載電阻48、50的公共端，一端接在運(yùn)放u2的同相端，運(yùn)放u2的反相端接參考電平vref。

所述第一晶體管q1、q2與電阻10將輸入電壓vi轉(zhuǎn)換成電流ii，所述信號(hào)電流一部分通過第三晶體管q3、q6輸出到負(fù)載電阻48、50上，轉(zhuǎn)換成輸出電壓vo。另一部分電流經(jīng)過第四晶體管q4、q5，電阻r被旁路，使得電流增益變小。通過改變電阻r的大小可以對(duì)所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆孢M(jìn)行調(diào)節(jié)。

可見，上述的可變?cè)鲆娣糯笃魇峭ㄟ^改變電阻r與rl的比值，控制流過負(fù)載電阻的電流從而達(dá)到減小電流增益衰減輸出信號(hào)的目的，電阻r可以是可調(diào)電阻或者數(shù)字電位器。當(dāng)r＝∞時(shí)，差分放大器的電流增益沒有損失的轉(zhuǎn)換為電壓增益，av＝4rl/第一輸出共模電壓采樣電阻r10；當(dāng)r＝0時(shí)，差分放大器的輸出電流全部被q4、q5旁路，電流增益為0。

一般高帶寬放大器的增益電阻都較小，假設(shè)第一輸出共模電壓采樣電阻r10＝400，rl＝100，則該放大器的最大增益接近1，r至少要接近900，才能實(shí)現(xiàn)0.9倍電流增益，r為11.11時(shí)，電流增益為0.1。目前市面上大部分?jǐn)?shù)字電位器的最小電阻都超過30ω，而且電阻越小誤差越大，很難實(shí)現(xiàn)小增益。該電路雖然理論上可以實(shí)現(xiàn)0～1倍的電流增益連續(xù)可調(diào)，但是實(shí)際應(yīng)用中受限于數(shù)字電位器的精度與可調(diào)范圍，能達(dá)到0.1～0.9就已經(jīng)很不錯(cuò)，增益可調(diào)范圍較窄。而且數(shù)字電位器的成本較高，對(duì)于成本敏感型的應(yīng)用不適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種線性可變?cè)鲆娣糯笃?。為?shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的具體方案如下：

一種線性可變?cè)鲆娣糯笃?，包括增益檔位選擇單元、電流增益微調(diào)單元、輸出單元以及控制單元，其中：

所述增益檔位選擇單元包括一對(duì)差分信號(hào)輸入端，并包括至少兩個(gè)增益單元，以將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并根據(jù)檔位選擇實(shí)現(xiàn)不同的電流增益；

所述電流增益微調(diào)單元包括一對(duì)用于接收所述增益檔位選擇單元輸出電流的差分電流輸入端、一對(duì)用于連接所述輸出單元的差分電流輸出端，以及用于與所述控制單元連接的控制信號(hào)端，以根據(jù)所述控制單元的設(shè)置對(duì)所述增益檔位選擇單元的輸出電流部分旁路，從而達(dá)到減小電流增益的目的；

所述輸出單元接收所述電流增益微調(diào)單元的輸出電流并轉(zhuǎn)換成電壓，并將轉(zhuǎn)換得到的電壓輸出。

優(yōu)選的，每個(gè)所述增益單元都包括恒流源，所述恒流源與所述控制單元連接，用于控制恒流源的開關(guān)狀態(tài)從而切換當(dāng)前工作的增益單元。

優(yōu)選的，所述增益檔位選擇單元包括第一晶體管對(duì)q1l、q2l與第二晶體管對(duì)q1h、q2h，第一增益電阻對(duì)rl1、rl2與第二增益電阻對(duì)rh1、rh2，以及兩個(gè)偏置恒流源；

第一晶體管對(duì)q1l、q2l與第二晶體管對(duì)q1h、q2h并聯(lián)，第一晶體管對(duì)q1l、q2l的第一低增益晶體管q1l的基極與第二晶體管對(duì)q1h、q2h的第一高增益晶體管q1h的基極連接并與正輸入信號(hào)+vi/2相連，第一晶體管對(duì)q1l、q2l的第二低增益晶體管q2l的基極與q2h的基極連接并與負(fù)輸入信號(hào)-vi/2相連，兩輸入信號(hào)等值反相；第一低增益晶體管q1l的集電極與第一高增益晶體管q1h的集電極相連于節(jié)點(diǎn)410產(chǎn)生正輸出電流，第二低增益晶體管q2l的集電極與第二晶體管對(duì)q1h、q2h的第二高增益晶體管q2h的集電極相連于節(jié)點(diǎn)411產(chǎn)生負(fù)輸出電流；第一晶體管對(duì)q1l、q2l的發(fā)射級(jí)分別與第一增益電阻對(duì)rl1、rl2的兩個(gè)增益電阻連接，第二增益電阻對(duì)rh1、rh2的另一端連接到偏置恒流源；第二晶體管對(duì)q1h、q2h的發(fā)射級(jí)分別與第二增益電阻對(duì)rh1、rh2的兩個(gè)增益電阻連接，第二增益電阻對(duì)rh1、rh2的另一端連接到另一偏置恒流源；所述偏置電流源由控制單元控制開關(guān)，當(dāng)偏置恒流源打開則相應(yīng)的增益檔位也選中。

優(yōu)選的，所述電流增益微調(diào)單元包括第三晶體管對(duì)q3、q5與第四晶體管對(duì)q4、q6，以及一個(gè)第二運(yùn)放u2；

所述第三晶體管對(duì)q3、q5的發(fā)射級(jí)相耦合并連接到所述增益檔位選擇單元的正電流輸出端，第四晶體管對(duì)q4、q6的發(fā)射極相耦合并連接到所述增益檔位選擇單元的負(fù)電流輸出端；第三晶體管對(duì)q3、q5的第三晶體管q3與第四晶體管對(duì)q4、q6的第四晶體管q4的基極相連并連接到偏置電壓vb，第三晶體管對(duì)q3、q5的第五晶體管q5與第四晶體管對(duì)q4、q6的第六晶體管q6的基極相連并連接到第二運(yùn)放u2的輸出端，第五晶體管q5與第六晶體管q6的集電極相連并連接到第二運(yùn)放u2的同相端，第二運(yùn)放u2的反相端連接到增益控制電壓vg，所述增益控制電壓vg由控制單元產(chǎn)生；第三晶體管q3的集電極產(chǎn)生正輸出電流，第四晶體管q4的集電極產(chǎn)生負(fù)輸出電流。

優(yōu)選的，所述輸出單元包括第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1、第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2，第一輸出共模電壓采樣電阻r1、第二輸出共模電壓采樣電阻r2，一個(gè)用于輸出共模電壓反饋的第一運(yùn)放u2，以及一個(gè)電阻rg；

所述電流電壓轉(zhuǎn)換電阻第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1、第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2一端分別連接至所述電流增益微調(diào)單元的電流輸出端，另一端一起連接到第一運(yùn)放u2的輸出；所述電阻rg一端連接到第二運(yùn)放u2的同相端，另一端連接到第一運(yùn)放u2的輸出端；所述輸出共模電壓反饋采樣電阻第一輸出共模電壓采樣電阻r1、第二輸出共模電壓采樣電阻r2一端分別連接至所述電流增益微調(diào)單元的電流輸出端，另一端一起連接到第一運(yùn)放u2的反相端。

優(yōu)選的，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電阻第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1、第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2分別并聯(lián)有電容，或分別并聯(lián)有電容在分別并聯(lián)電感，或分別串聯(lián)電感，以使不改變?cè)鲆娴那疤嵯卵a(bǔ)償帶寬和幅頻響應(yīng)曲線。

優(yōu)選的，所述增益檔位選擇單元由三個(gè)或以上射極耦合晶體管對(duì)并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)不同的增益檔位，使增益調(diào)節(jié)范圍更寬。

優(yōu)選的，所述第一晶體管對(duì)q1l、q2l的發(fā)射極與所述第二晶體管對(duì)q1h、q2h的發(fā)射極之間連接有電容，或串聯(lián)有電容及電阻，以使不改變?cè)鲆娴那疤嵯卵a(bǔ)償帶寬和幅頻響應(yīng)曲線。

優(yōu)選的，所述第一運(yùn)放u2的輸出端連接有射極跟隨器，用于提供所述第一運(yùn)放u2輸出端的靜態(tài)偏置電流，以減小第一運(yùn)放u2的輸出電流要求。

優(yōu)選的，所述偏置恒流源包括第一晶體管q1，所述第一晶體管q1的發(fā)射極連接有發(fā)射極偏置電阻re，所述第一晶體管(q1)的發(fā)射極與基極之間連接有基極偏置電阻rb，且所述第一晶體管q1的基極設(shè)有與控制單元相連的控制信號(hào)端。

本發(fā)明提供的一種線性可變?cè)鲆娣糯笃魍ㄟ^調(diào)節(jié)增益電壓與旁路電流檢測(cè)電阻上的電壓進(jìn)行比較，利用運(yùn)放負(fù)反饋?zhàn)饔谜{(diào)節(jié)運(yùn)放輸出電壓改變第二晶體管對(duì)的基極電壓，從而控制旁路電流達(dá)到改變電流增益的目的。與現(xiàn)有技術(shù)的通過改變電阻實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電流增益的方式相比實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單，成本更低，而且增益連續(xù)可調(diào)，增益線性度更高。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中典型的示波器原理框圖；

圖2為美國(guó)公開專利文件us4695806公開的一種精密程控有源衰減器電路原理圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例模塊示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例電路原理圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例偏置恒流源優(yōu)選方案；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例改進(jìn)方案電路原理圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例在示波器上的具體應(yīng)用例。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例

如圖3所示，本發(fā)明提出的一種線性可變?cè)鲆娣糯笃?00，包括一個(gè)增益檔位選擇單元203、一個(gè)電流增益微調(diào)單元206、一個(gè)輸出單元207和一個(gè)控制單元208。

所述增益檔位選擇單元203具有一對(duì)差分信號(hào)輸入端201、202、一對(duì)與所述電流增益微調(diào)單元連接的差分電流輸出端和與所述控制單元連接的增益檔位選擇信號(hào)。

所述增益檔位選擇單元203包括一個(gè)低增益單元204和一個(gè)高增益單元205，每組所述增益單元均包括一個(gè)用于為放大器提供正常工作所需偏置電流的恒流源，每個(gè)恒流源具有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的增益單元的開關(guān)控制端與控制單元連接，用于控制恒流源的開關(guān)狀態(tài)從而切換當(dāng)前工作的增益單元。

所述增益檔位選擇單元203用于將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并根據(jù)檔位選擇不同具有高電流增益與低電流增益兩種模式，通過所述控制單元控制對(duì)應(yīng)恒流源的開關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。

所述電流增益微調(diào)單元206具有一對(duì)差分電流輸入端用于接收所述增益檔位選擇單元的輸出電流、一對(duì)差分電流輸出端連接所述輸出單元和與所述控制單元連接的控制信號(hào)端。

所述電流增益微調(diào)單元206根據(jù)控制單元的設(shè)置對(duì)所述增益檔位選擇單元的輸出電流部分旁路，從而達(dá)到減小電流增益的目的。

所述輸出單元207具有一對(duì)差分電流輸入端用于接收所述電流增益微調(diào)單元的輸出電流并轉(zhuǎn)換成電壓、一對(duì)輸出信號(hào)端209、210用于將轉(zhuǎn)換得到的電壓輸出。

本發(fā)明所述的可變?cè)鲆娣糯笃?00通過兩個(gè)具有高低不同電流增益的放大器構(gòu)成增益檔位選擇單元，通過控制單元選擇其中一個(gè)放大器的恒流源的開關(guān)狀態(tài)來選擇高低增益兩個(gè)檔位，電流增益微調(diào)單元將該放大器的輸出電流做部分旁路來衰減信號(hào)，本發(fā)明使用上述思想得到增益可以連續(xù)線性調(diào)節(jié)、增益調(diào)節(jié)范圍寬、增益穩(wěn)定度高、帶寬穩(wěn)定度高、信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大的可變?cè)鲆娣糯笃鳌?/p>

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

結(jié)合參考圖4，給出了該可變?cè)鲆娣糯笃鞯木唧w形式，該實(shí)例包括增益檔位選擇單元401、電流增益微調(diào)單元402、輸出單元403。

所述增益檔位選擇單元401包括兩個(gè)第一晶體管對(duì)q1l、q2l與第二晶體管對(duì)q1h、q2h，兩個(gè)第一增益電阻對(duì)rl1、rl2與rh1、rh2，兩個(gè)偏置恒流源。所述兩個(gè)晶體管對(duì)并聯(lián)，q1l的基極與q1h的基極連接并與正輸入信號(hào)+vs/2相連，q2l的基極與q2h的基極連接并與負(fù)輸入信號(hào)-vs/2相連，兩輸入信號(hào)等值反相；q1l的集電極與q1h的集電極相連于節(jié)點(diǎn)410產(chǎn)生正輸出電流，q2l的集電極與q2h的集電極相連于節(jié)點(diǎn)411產(chǎn)生負(fù)輸出電流；第一晶體管對(duì)q1l、q2l的發(fā)射級(jí)分別與第一增益電阻對(duì)rl1、rl2連接，第二增益電阻對(duì)rh1、rh2的另一端連接到偏置恒流源；第二晶體管對(duì)q1h、q2h的發(fā)射級(jí)分別與兩個(gè)增益電阻rh1、rh2連接，增益電阻rh1、rh2的另一端連接到另一偏置恒流源；所述偏置電流源由控制單元控制開關(guān)，當(dāng)偏置恒流源打開則相應(yīng)的增益檔位也選中。

所述電流增益微調(diào)單元402包括第三晶體管對(duì)q3、q5與第四晶體管對(duì)q4、q6和一個(gè)運(yùn)放u2。所述第三晶體管對(duì)q3、q5的發(fā)射級(jí)相耦合并連接到所述增益檔位選擇單元401的正電流輸出端410，第四晶體管對(duì)q4、q6的發(fā)射極相耦合并連接到所述增益檔位選擇單元401的負(fù)電流輸出端411；第三晶體管q3、q4的基極相連并連接到偏置電壓vb，第五晶體管q5、q6的基極相連并連接到運(yùn)放u2的輸出端412，第五晶體管q5、q6的集電極相連并連接到運(yùn)放u2的同相端415，運(yùn)放u2的反相端連接到增益控制電壓vg，所述增益控制電壓vg由控制單元產(chǎn)生；第三晶體管q3的集電極產(chǎn)生正輸出電流，第四晶體管q4的集電極產(chǎn)生負(fù)輸出電流。

所述輸出單元403包括兩個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換電阻第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1、第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2，兩個(gè)輸出共模電壓采樣電阻第一輸出共模電壓采樣電阻r1、第二輸出共模電壓采樣電阻r2，一個(gè)輸出共模電壓反饋運(yùn)放u1，一個(gè)電阻rg。所述電流電壓轉(zhuǎn)換電阻第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1、第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2一端分別連接至所述電流增益微調(diào)單元402的電流輸出端413、414，另一端一起連接到運(yùn)放u1的輸出416；所述電阻rg一端連接到運(yùn)放u2的同相端，另一端連接到運(yùn)放u1的輸出端416；所述輸出共模電壓反饋采樣電阻第一輸出共模電壓采樣電阻r1、第二輸出共模電壓采樣電阻r2一端分別連接至所述電流增益微調(diào)單元402的電流輸出端413、414，另一端一起連接到運(yùn)放u1的反相端。

為使推導(dǎo)過程更直觀易懂，下面假設(shè)8個(gè)晶體管的特性完全一致且α＝1，低增益放大器的增益電阻rl1＝rl2＝rl，高增益放大器rh1＝rh2＝rh，兩個(gè)偏置恒流源的電流相同都為2ie，且偏置恒流源的交流阻抗為無窮大，輸出電流電壓轉(zhuǎn)換電阻第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1＝第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2＝rc，輸出共模電壓采樣電阻第一輸出共模電壓采樣電阻r1＝第二輸出共模電壓采樣電阻r2且遠(yuǎn)大于rc。

所述的增益檔位選擇單元401實(shí)際上是兩個(gè)并聯(lián)的差分放大器射極耦合輸入級(jí)，可以視為電壓電流轉(zhuǎn)換器，當(dāng)偏置恒流源工作則選中對(duì)應(yīng)的增益檔位。以低增益檔位為例，控制單元輸出控制信號(hào)lg控制低增益放大器偏置恒流源打開產(chǎn)生偏置電流2ie，由于放大器兩邊完全對(duì)稱且α＝1，則第一晶體管q1l與q2l的集電極靜態(tài)偏置電流都為ie，由于偏置恒流源的交流電阻為無窮大，所以第一晶體管q1l與q2l的集電極信號(hào)電流ii為：

低增益單元的輸出電流為偏置電流ie與信號(hào)電流ii的疊加，偏置電流ie為共模項(xiàng)，信號(hào)電流ii為差模項(xiàng)，兩輸出端410、411的信號(hào)電流等值反相。

同理可以得到當(dāng)控制單元選擇高增益單元工作時(shí)，兩輸出端的電流組成成分相同，只不過信號(hào)電流ii變?yōu)椋?/p>

式中rh小于rl?？梢娺x擇不同增益檔位時(shí)，增益檔位選擇單元401對(duì)輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成信號(hào)電流的轉(zhuǎn)換系數(shù)不同。

所述的電流增益微調(diào)單元402主要部件是兩對(duì)共基級(jí)放大器，與本領(lǐng)域工作人員所公知的差分級(jí)聯(lián)放大器相比多了一對(duì)共基級(jí)放大器q5、q6。理想的共基放大器q3、q4的電流增益為1，也稱為續(xù)流器，將所述增益檔位選擇單元401的輸出電流ie+ii與ie-ii無衰減的耦合到所述輸出單元。本發(fā)明使用另一對(duì)并聯(lián)的共基晶體管對(duì)q5、q6將所述增益檔位選擇單元401的輸出電流作部分旁路，從而減小電流增益。

令第三晶體管q3、q4、q5、q6的集電極電流分別為i3、i4、i5、i6，則該可變?cè)鲆娣糯笃?00的電流增益為：

通過改變i3、i5及i4、i6電流的比值達(dá)到控制增益的目的，這兩個(gè)電流的比值受增益電壓vg控制。

假設(shè)q3、q4、q5、q6擁有相同的vbe-ic特性，且α＝1，令節(jié)點(diǎn)410、411、412的節(jié)點(diǎn)電壓分別為v0、v1、v2，根據(jù)集電極電流公式4個(gè)晶體管的集電極電流分別為：

由上面4組電流公式可以推導(dǎo)得到i3、i5及i4、i6的比值關(guān)系：

4路集電極電流與偏置電流ie及信號(hào)電流ii的關(guān)系為：

i3+i5＝ie+ii

i4+i6＝ie-ii

由以上的推導(dǎo)可以得到：

可知輸出電流的和i3+i4不包含信號(hào)電流分量，聯(lián)立上面的方程組得到可變?cè)鲆娣糯笃鞯碾娏髟鲆鏋椋?/p>

由上式可得電流增益在0～1的范圍內(nèi)變化，與旁路電流i5+i6相關(guān)。假設(shè)節(jié)點(diǎn)416的電壓固定不變，增大增益控制電壓vg，由于運(yùn)放u2的負(fù)反饋?zhàn)饔?，同相?15的電壓與vg相同也隨之增大，電阻rg上的電流即i5+i6相應(yīng)減小，則電流增益增大，

為了穩(wěn)定放大器輸出信號(hào)的共模電壓，使得改變?cè)鲆骐妷簐g時(shí)輸出共模電壓不會(huì)隨之相應(yīng)變化，本發(fā)明利用運(yùn)放u1的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用，電阻第一輸出共模電壓采樣電阻r1、第二輸出共模電壓采樣電阻r2采樣得到輸出共模電壓連接到運(yùn)放反相端并迫使其與運(yùn)放u1同相端相連的設(shè)置電壓vcm相等。運(yùn)放u1的輸出接電流電壓轉(zhuǎn)換電阻第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1、第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2的公共端416，當(dāng)增大增益電壓vg，使得電流i5+i6減小，則電流i3+i4相應(yīng)增大，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)413、414的電平穩(wěn)定為共模電壓，所以運(yùn)放u1的負(fù)反饋?zhàn)饔脮?huì)迫使節(jié)點(diǎn)416的電壓增大以滿足電流i3+i4增大的需要。

令節(jié)點(diǎn)416的電壓為v6，節(jié)點(diǎn)413、414的輸出電壓分別為共模電壓vcm與信號(hào)電壓vo、2的疊加，且信號(hào)電壓等值反相，則容易得到下列方程組：

聯(lián)立以上方程組可以得到該可變?cè)鲆娣糯笃鞯碾娏髟鲆鏋椋?/p>

輸出電流i3、i4通過電流電壓轉(zhuǎn)換電阻第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1、第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2轉(zhuǎn)換成輸出電壓，通過上述推導(dǎo)可以得到該可變?cè)鲆娣糯笃鞯碾妷涸鲆鏋椋?/p>

式中的分母項(xiàng)由增益檔位選擇單元401決定。

觀察該可變?cè)鲆娣糯笃鞯碾娏髟鲆婀娇梢园l(fā)現(xiàn)放大器增益與vg呈線性相關(guān)關(guān)系，vbe-ic關(guān)系式中的指數(shù)項(xiàng)與溫度相關(guān)項(xiàng)不見了?？梢娫摽勺?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆婢€性度、溫度穩(wěn)定性都較好。

本發(fā)明在輸出單元403加入了共模電壓反饋調(diào)節(jié)，使得放大器輸出共模電壓能保持穩(wěn)定，不隨增益控制電壓而變化。

本發(fā)明利用兩并聯(lián)增益單元，可以實(shí)現(xiàn)不同增益檔位，根據(jù)輸入輸出信號(hào)范圍與增益要求靈活調(diào)整，而且增益受控制電壓調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)線性變化。具有增益調(diào)節(jié)靈活、增益調(diào)節(jié)范圍寬，信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。

作為上述實(shí)施例方案的改進(jìn)，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電阻第一電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc1、第二電流電壓轉(zhuǎn)換電阻rc2可以是由單純的電阻，也可以是電容并聯(lián)電阻構(gòu)成，也可以是電阻并聯(lián)電容再并聯(lián)電感構(gòu)成，也可是是電阻串聯(lián)電感構(gòu)成等。以使不改變?cè)鲆娴那疤嵯卵a(bǔ)償放大器的帶寬和幅頻響應(yīng)曲線。

作為上述實(shí)施例方案的改進(jìn)，所述增益檔位選擇單元401也可以由三個(gè)射極耦合晶體管對(duì)并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)三個(gè)不同的增益檔位，使得可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬲{(diào)節(jié)范圍更寬。

作為上述實(shí)施例方案的改進(jìn)，所述增益檔位選擇單元401的兩個(gè)射極耦合第一晶體管對(duì)q1l、q2l與第二晶體管對(duì)q1h、q2h的發(fā)射極之間還可以連接一個(gè)電容，或者連接一個(gè)電容、電阻串聯(lián)對(duì)，以使不改變?cè)鲆娴那疤嵯卵a(bǔ)償放大器的帶寬和幅頻響應(yīng)曲線。

作為上述實(shí)施例方案的改進(jìn)，所述輸出共模電壓反饋運(yùn)放u1的輸出端與節(jié)點(diǎn)416之間也可以插入一個(gè)由晶體管組成的射極跟隨器，用于提供輸出端的靜態(tài)偏置電流，以減小運(yùn)放u1的輸出電流要求。

作為上述實(shí)施例方案的改進(jìn)，所述輸出單元403的差分輸出電阻為2rc，輸出端413、414也可以串聯(lián)兩個(gè)接成射極跟隨器的晶體管以降低放大器的輸出阻抗，提高放大器輸出驅(qū)動(dòng)能力，共模電壓采樣電阻接在射極跟隨器的輸出。

作為上述實(shí)施例方案的改進(jìn)，所述電流增益微調(diào)單元402的基極偏置電壓vb可以是dac產(chǎn)生，也可以是電源芯片產(chǎn)生，也可以是電源通過兩個(gè)電阻分壓產(chǎn)生，也可以是基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生，等等，基極偏置電壓vb的取值應(yīng)該使放大器在整個(gè)增益調(diào)整范圍內(nèi)都不飽和。

作為上述實(shí)施例方案的部分優(yōu)選方案，結(jié)合參考圖5，所述增益檔位選擇單元401的偏置恒流源包括一個(gè)第一晶體管q1、一個(gè)發(fā)射極偏置電阻re、一個(gè)基極偏置電阻rb、一個(gè)與控制單元相連的控制信號(hào)端?？刂茊卧刂频谝痪w管q1導(dǎo)通或者截止，當(dāng)?shù)谝痪w管q1導(dǎo)通，第一晶體管q1輸出電流2ie用于對(duì)放大器提供偏置，同時(shí)恒流源對(duì)應(yīng)的增益檔位打開；當(dāng)恒流源工作在截止區(qū)，第一晶體管q1輸出電流為0，相應(yīng)的增益檔位關(guān)閉?？刂菩盘?hào)為vee截止或者合適的基極偏置電壓導(dǎo)通?？刂贫丝梢越訂蔚峨p擲模擬開關(guān)，模擬開關(guān)的公共端接第一晶體管q1的基極，一個(gè)觸點(diǎn)懸空，另一個(gè)觸點(diǎn)接合適的基極偏置電壓。當(dāng)模擬開關(guān)接懸空觸點(diǎn)，則第一晶體管q1基極電壓由偏置電阻rb下拉至vee，第一晶體管q1截止；當(dāng)模擬開關(guān)接偏置電壓，則第一晶體管q1導(dǎo)通?？刂贫艘部梢越与娖睫D(zhuǎn)換單元，電平轉(zhuǎn)換單元將常見的邏輯電平，如低電平0v，高電平5v轉(zhuǎn)換成vee和合適的基極偏置電壓。

作為上述實(shí)施例方案的改進(jìn)，可變?cè)鲆娣糯笃鞯撵o態(tài)偏置形式也可以是圖6形式，該實(shí)施例在增益檔位選擇單元401與電流增益微調(diào)單元402之間增加一個(gè)正偏置，共基級(jí)q3、q4、q5、q6用pnp三極管替換，輸出電阻公共端416負(fù)偏置。該實(shí)施例將增益檔位選擇單元401與電流增益微調(diào)單元402各晶體管的靜態(tài)偏置電流分開單獨(dú)提供，而且電流流向相反。增益檔位選擇單元401的第一晶體管q1、q2靜態(tài)偏置電流由恒流源提供，流過q1、q2的靜態(tài)電流對(duì)稱，都為ie。電流增益微調(diào)單元402的第三晶體管q3、q4、q5、q6靜態(tài)偏置電流由正電源vcc通過電阻rp1、rp2提供。令流過rp1、rp2的靜態(tài)電流相同且都為ip，根據(jù)偏置條件可以得到：

則流過410、411的靜態(tài)電流為i0＝ip-ie，且電流流向?yàn)橛上孪蛏稀?/p>

該實(shí)施例將上下兩級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)分離開，電流流向相反，使得放大器輸入信號(hào)可以剛好處于0電位點(diǎn)，放大器動(dòng)態(tài)范圍更寬，更不易飽和，對(duì)前級(jí)的信號(hào)電平要求更低，尤其對(duì)輸出共模電壓較低的應(yīng)用場(chǎng)合，若使用圖4的實(shí)施例，則整個(gè)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)都要降低以避免晶體管飽和，而使用圖6的實(shí)施例則不存在這種問題。

下面以示波器為例，給出一個(gè)本發(fā)明具體的應(yīng)用實(shí)施例。

結(jié)合參考圖7，示波器包含一個(gè)高阻衰減網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)交直流耦合電路、一個(gè)單位增益緩沖電路、一個(gè)垂直偏移電路、一個(gè)可變?cè)鲆娣糯箅娐?、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和一個(gè)控制處理單元。被測(cè)信號(hào)進(jìn)入示波器后首先通過高阻衰減網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入的大信號(hào)進(jìn)行衰減，以使信號(hào)符合后級(jí)電路的輸入要求，高阻衰減網(wǎng)絡(luò)具有可控的衰減比，例如可以選擇衰減比為1/1或者1/50等；交直流耦合電路用于選擇是否濾除輸入信號(hào)中的直流成分，當(dāng)輸入信號(hào)的直流成分過大，影響波形的觀察，就可以選擇交流耦合；垂直偏移電路用于調(diào)節(jié)波形在顯示器上的垂直位置，增加波形觀察的靈活性；單位增益緩沖電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行緩沖，隔離前后級(jí)電路之間的影響，增加對(duì)后級(jí)的驅(qū)動(dòng)能力。輸入信號(hào)經(jīng)過高阻衰減網(wǎng)絡(luò)、交直流耦合電路、單位增益緩沖電路、垂直偏移調(diào)節(jié)電路后輸出給可變?cè)鲆娣糯笃鬟M(jìn)行增益調(diào)節(jié)，增益受控制處理單元控制，輸出差分信號(hào)給模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣量化，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳輸給控制處理單元；控制處理單元對(duì)采樣量化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行波形重構(gòu)并顯示，同時(shí)根據(jù)用戶設(shè)置對(duì)模擬通道相關(guān)部件進(jìn)行控制。

示波器中的可變?cè)鲆娣糯笃魅鐖D6的實(shí)施例所述，包括一個(gè)增益檔位選擇單元401、一個(gè)電流增益微調(diào)單元402、一個(gè)輸出單元403。

所述的增益檔位選擇單元401根據(jù)示波器當(dāng)前的垂直檔位設(shè)置選擇相應(yīng)的增益范圍，可以選擇低增益模式x1或者高增益模式x8。比如當(dāng)示波器需要測(cè)量小信號(hào)，垂直檔位置為5mv/div檔位時(shí)，需要較大的增益，控制單元將高增益單元的恒流源導(dǎo)通，低增益單元的恒流源關(guān)斷，則選擇當(dāng)前增益為高增益x8。

所述的電流增益微調(diào)單元402使用一種變形形式，將該部分的晶體管偏置電流單獨(dú)提供，并與增益檔位選擇單元401部分晶體管的偏置電流流向相反，使得放大器動(dòng)態(tài)范圍更寬，更不易飽和。電流增益微調(diào)單元402對(duì)增益檔位選擇單元401的輸出電流進(jìn)行微調(diào)衰減，擴(kuò)展可變?cè)鲆娣糯笃鞯目烧{(diào)增益范圍。比如當(dāng)示波器的垂直檔位置為10mv/div時(shí)，放大器需要4倍增益，選擇高增益檔位放大8倍，并且調(diào)節(jié)電流增益微調(diào)衰減2倍，即可得到需要的4倍增益。

所述的輸出單元403使用一種變形形式，輸出端增加一對(duì)由晶體管q8、q9組成的射極跟隨器，降低輸出阻抗，提高輸出驅(qū)動(dòng)能力。輸出單元將放大、衰減后的信號(hào)電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并使用共模電壓反饋穩(wěn)定輸出信號(hào)的共模電平。

可變?cè)鲆娣糯笃鞲鶕?jù)示波器當(dāng)前的垂直檔位靈活設(shè)置增益，可選增益檔位加增益微調(diào)可以實(shí)現(xiàn)0.1～8倍的增益連續(xù)可調(diào)，根據(jù)輸入輸出信號(hào)范圍與增益要求靈活調(diào)整。本發(fā)明具有增益調(diào)節(jié)靈活、增益調(diào)節(jié)范圍寬，信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。

以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在具體實(shí)施方式以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。