專利名稱:寬帶控制放大器的制作方法
本發(fā)明涉及一種包含有放大器(4)的寬帶控制放大器。放大器(4)的輸入端接到組合電路(3)的輸出端。而它的輸出端接到具有分支因數(shù)α的信號(hào)分支器(5)的輸出端(6)上。信號(hào)分支器(5)的第一輸出端(8)耦合到控制放大器的輸出端(12)上，其第二輸出端(7)經(jīng)電路(11)耦合到控制放大器輸出端12，同時(shí)還耦合到組合電路(13)的第一輸入端(2)，而組合電路的第二輸入端耦合到控制放大器的輸入上。
這種型式的控制放大器，例如，可用作光纖系統(tǒng)中接收器的輸入放大器，以補(bǔ)償與長度、溫度有關(guān)的光電耦合中的衰減。
在美國專利4，219、788中，這種型式的控制放大器是公開的。早年技術(shù)的控制放大器的缺點(diǎn)在于開環(huán)增益與信號(hào)分支器的因數(shù)α有關(guān)。這使得不可能造出一個(gè)在負(fù)反饋電路既有信號(hào)分支器、又有寬度控制區(qū)的寬帶控制放大器。
因此，本發(fā)明提出了上述問題的解決辦法。本發(fā)明的特點(diǎn)在于信號(hào)分支器(5)的第一輸出端(8)和第二輸出端(7)的耦合途徑之一由電路(13、50)組成，它補(bǔ)償了信號(hào)分支器因數(shù)α對(duì)控制放大器開環(huán)增益的影響。
本發(fā)明將參照一些附圖實(shí)例詳細(xì)說明。
圖1示出早年技術(shù)的控制放大器。
圖2示出圖1所示控制放大器工作性能說明圖。
圖3說明根據(jù)發(fā)明的第一種控制放大器具體結(jié)構(gòu)。
圖4是根據(jù)發(fā)明的第二種控制放大器的具體結(jié)構(gòu)。
圖5是根據(jù)發(fā)明的第三種控制放大器的具體結(jié)構(gòu)。
圖6示出了圖5所示控制放大器具體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)線路。
在圖一中，數(shù)字3表示組合電路，它的十輸入端聯(lián)至控制放大器的輸入端1，而輸出端聯(lián)至放大器4的輸入端。放大器4的輸出端聯(lián)至信號(hào)分支器的信號(hào)輸入端6。信號(hào)分支器5的一個(gè)輸出端7經(jīng)過傳輸系數(shù)為β(β＜1)的電路11聯(lián)到加法器電路62的一個(gè)輸入端。加法器電路的輸出端聯(lián)到控制放大器的輸出端12。信號(hào)分支器5的輸出端8聯(lián)到加法器電路62的較遠(yuǎn)的輸入端，同時(shí)還經(jīng)過傳輸系數(shù)為β(＜1)的電路60聯(lián)到加法器電路61的輸入端。加法器電路61較遠(yuǎn)的輸入端聯(lián)到信號(hào)分支器5的輸出端7。加法器電路61的輸出端聯(lián)至組合電路3的輸入端2。信號(hào)分支器5的控制輸入端9聯(lián)至供給不同控制電壓電源10上。
在圖1所示具體結(jié)構(gòu)中，α為反應(yīng)電源10來的控制信號(hào)的因數(shù)它分開放大器4的輸出信號(hào)x為α、x和(1-α)·x兩部分，此處0≤α≤1。若放大器4的增益μ遠(yuǎn)大于1，則在適當(dāng)?shù)慕葡鲁闪ⅰ?br>eμ＝(1-α)·x+α、β、x …(1)et＝α、x+(1-α)、x、β≈ei …(2)由此導(dǎo)出(eμ)/(ei) ＝ ((1-α)+α、β)/(α+(1-α)β) …(3)由(3)式可看出(eμ)/(ei)最大＝ 1/(β) (α＝0)及 (eμ)/(ei)最小＝β(α＝1) …(4)
整個(gè)控制區(qū)等于20log(eμei)最大(eμei)最?。?0log1/ββ=40log1β]]>如果斷開放大器4輸出電路中a與a′間的聯(lián)接，則在這兩點(diǎn)間的增益等于開環(huán)增益。它等于A(0)＝μ〔α+(1-α)β …(6)圖2是基于圖1的原理圖示出開環(huán)增益和相關(guān)相移對(duì)放大器頻率變化的關(guān)系。線條Ⅰ是因數(shù)α＝1的情形。相關(guān)的相移用線條Ⅲ表示這時(shí)曲線示出這一例子的開環(huán)增益為0分貝時(shí)的相位裕度F≈60°，而0°相移時(shí)的增益裕度V＝-13分貝。因而這時(shí)控制放大器是穩(wěn)定的。α＝0時(shí)的開環(huán)增益由線條Ⅱ表示。若設(shè)圖1中放大器4完整地產(chǎn)生相移，相關(guān)相移連成線條Ⅲ，這時(shí)隨同開環(huán)增益為0分貝的相移為0°，引起控制放大器不穩(wěn)定并開始振蕩。因此固1所示控制放大器不適于作寬控制區(qū)的寬帶控制放大器之用。
圖3指出一種方法。借助于這一方法可使開環(huán)增益與信號(hào)分支器的α因數(shù)無關(guān)。為此，在信號(hào)分支器5的輸出端7和組合電路輸入端2之間設(shè)置一個(gè)電路13。簡(jiǎn)單計(jì)算表明關(guān)于控制放大器輸入端1至輸出端2的傳輸函數(shù)為(eμ)/(ei) ＝α、β+(1-α)· 1/(β) …(7)代入α＝0和α＝1，分別表明關(guān)系式(4)也適用于這種控制放大器。于是開環(huán)增益為A(0)＝μ〔α β2+(1-α)·β1〕＝μ〔α·(β2-β1)+β1) …(8)
當(dāng)β2＝β1＝β時(shí)，A(0)等于μβ，因而和因數(shù)α無關(guān)。
當(dāng)圖3的控制放大器用作放大或衰減不同的輸入電平時(shí)，則收得到恒定的輸出信號(hào)。當(dāng)輸入電平最大時(shí)，信號(hào)分支器5輸出端7處的信號(hào)等于ei(最大)·1/β。因這是輸入信號(hào)的1/β倍，而輸出信號(hào)僅為ei(最大)·β，故原則上在控制放大器中引起過大的激勵(lì)。要防止這點(diǎn)，可有效地用傳輸系數(shù)為1/β的信號(hào)分支器5另一支電路代替?zhèn)鬏斚禂?shù)為β的電路13。
圖4的具體結(jié)構(gòu)說明這點(diǎn)，在信號(hào)分支器5的輸出端8和控制放大器輸出端12間設(shè)置一個(gè)電路50，其傳輸系數(shù)接近于1/β。簡(jiǎn)單計(jì)算表明控制放大器輸入端1至輸出端12的傳輸函數(shù)可用方程(7)和(4)表示。開環(huán)增益等于A(0)＝μ〔α+(1-α)·β·1/β〕＝μ …(9)因而與信號(hào)分支器的因數(shù)α無關(guān)。然而輸出阻抗卻與因數(shù)α相關(guān)。這對(duì)某些應(yīng)用可能是不適宜的。
圖5示出了開環(huán)增益和輸出阻抗均和因數(shù)α無關(guān)的具體結(jié)構(gòu)。增益為1的放大器18是這樣設(shè)計(jì)的，使得輸出阻抗基本上等于0時(shí)輸入阻抗基本上為-α。
放大器4的倒相輸入端接至電阻14、15、16和信號(hào)分支器5輸出端7的共同結(jié)點(diǎn)上。放大器4的正相輸入端接至控制放大器輸入端1上。電阻16的另端接至固定電位點(diǎn)100上。電阻15的另端接到放大器18的輸入端和信號(hào)分支器5輸出端8上。電阻17安裝在放大器18輸入端與固定電位端點(diǎn)100之間。電阻14的另端接至放大器18輸出端12上。同時(shí)放大器18的輸出端12構(gòu)成了控制放大器輸出端。若電阻14、15、16及17選取下列諸值
14＝R，15＝(n-1)R，16＝R/n 及17＝R則簡(jiǎn)單計(jì)算表明控制放大器輸入端1至輸出端12間的傳輸函數(shù)為(eμ)/(ei) ＝α·n+(1-α)· 1/(n) …(10)若取n等于β，則關(guān)系式(10)精確地等于關(guān)系式(7)。而輸出阻抗等于0因此與α無關(guān)。另外，簡(jiǎn)單計(jì)算表明開環(huán)增益確定為A(0)＝μ· (R)/(n+1)因而與信號(hào)分支器的因數(shù)α無關(guān)。當(dāng)然，由電阻15、16及17組成的π型網(wǎng)絡(luò)可替換成T型網(wǎng)絡(luò)。
圖3到圖5示出的具體結(jié)構(gòu)中所包括的控制區(qū)域都是對(duì)稱的。就是說在控制區(qū)的一個(gè)極端位置時(shí)線路放大的程度與在另一極端位置時(shí)線路衰減的程度完全相同。在圖3與圖4的線路里，可用加一附加負(fù)反饋電路的辦法使控制區(qū)不對(duì)稱。比如，在組合電路3輸入端2與電路11之間要置這種反饋電路。在圖5的電路中，電阻14至17取與前不同的阻值，可使控制區(qū)成為不對(duì)稱的。
圖6示出了圖5中寬帶控制放大器的詳細(xì)線路?？刂品糯笃鞯妮斎攵?徑耦合電容20接至場(chǎng)效應(yīng)晶體管23的柵極。場(chǎng)效應(yīng)管23的柵極經(jīng)電阻21與電容器34的串聯(lián)電路接地。源極2經(jīng)耦合電容30和電阻33的串聯(lián)電路接至控制放大器輸出端12上。源極2還經(jīng)電阻32接地。場(chǎng)效應(yīng)晶體管23漏極經(jīng)電阻25接至電源電壓的正極，同時(shí)還接到晶體管24的發(fā)射極。晶體管24的集電極接到晶體管44的基極，并且經(jīng)電阻26接至電源正極。晶體管24的基極經(jīng)電阻27接至電源正極，并經(jīng)電阻29與二極管31的串聯(lián)電路接地。晶體管24的基極經(jīng)去耦電容器28接地。電阻29與二極管31的聯(lián)結(jié)點(diǎn)與晶體管42基極相接。晶體管42的發(fā)射極經(jīng)電阻43接至晶體管44的發(fā)射極。晶體管44集電極接至晶體管45與46的發(fā)射極?？勺冸妷涸?0安置在晶體管45與46的基極之間。直流電壓源41裝在晶體管45的基極與地線之間。晶體管45的集電極經(jīng)電阻50接至電源正極，還經(jīng)耦合電容器47接至晶體管35的基極。晶體管46的集電極經(jīng)電阻49接至電源正極，并經(jīng)耦合電容器48接到場(chǎng)效應(yīng)管23的源極上。電阻51接在晶體管45與46的集電極之間。晶體管42的集電極接到晶體管35的集電極，并且還接到電阻21與電容器34的聯(lián)結(jié)點(diǎn)上。晶體管35的發(fā)射極接至控制放大器輸出端12，同時(shí)還經(jīng)電阻36接至電源負(fù)極。在地線與電源負(fù)極之間串接電阻40和38。從電阻440與38的聯(lián)結(jié)點(diǎn)經(jīng)電阻39接至晶體管35基極，同時(shí)還經(jīng)電容器37接至晶體管35的發(fā)射極上。
圖5中所示放大器4由晶體管23、24與44，電阻25、2627、29、32與43，電容器28以及二極管31共同組成。圖5中的信號(hào)分支器由晶體管45與46組成。圖5中的放大器18由晶體管35，電阻36、38、39、40，以及電容器34、37共同組成。結(jié)點(diǎn)1、2、6、7、8及12對(duì)應(yīng)于圖5中控制放大器的相同點(diǎn)。寬帶控制放大器的輸出信號(hào)可另外取自晶體管35的集電極來代替端點(diǎn)12。這時(shí)在點(diǎn)101與晶體管35集電極之間接一電阻。
權(quán)利要求
1.寬帶控制放大器中有這樣一個(gè)放大器，它的輸入端接到組合電路的輸出端，而它的輸出端接到具有因數(shù)α的信號(hào)分支器的信號(hào)輸入端。信號(hào)分支器的第一輸出端，產(chǎn)生輸出信號(hào)等于(1-α)乘以輸入信號(hào)，耦合到控制放大器的輸出上。信號(hào)分支器的第二輸出端，產(chǎn)生輸出信號(hào)等于α乘以輸入信號(hào)，經(jīng)第一電路耦合到控制放大器輸出上，同時(shí)還耦合到組合電路的第一輸入端。組合電路的第二輸入端接到控制放大器的輸入端。其中的特征是信號(hào)分支器第一輸出和第二輸出只少有一個(gè)耦合電路構(gòu)成第二電路，以補(bǔ)償信號(hào)分支器的因數(shù)α對(duì)控制放大器開環(huán)增益的影響。
2.如權(quán)項(xiàng)1所述的寬帶控制放大器，其特征是第二電路安裝在信號(hào)分支器第二輸出端和組合電路第一輸入端之間。第二電路的傳輸系數(shù)基本上等于第一電路的傳輸系數(shù)。
3.如權(quán)項(xiàng)1所述的寬帶控制放大器，其特征是信號(hào)分支器的第一輸出端經(jīng)第二放大器接至控制放大器的輸出端，信號(hào)分支器第二輸出端至少經(jīng)過第一個(gè)電阻接到控制放大器的輸出端，至少經(jīng)過第二個(gè)電阻接到第二放大器，至少經(jīng)過第三個(gè)電阻接到恒定電位點(diǎn)，而信號(hào)分支器的第一輸出端至少經(jīng)過第四個(gè)電阻接到恒定電位點(diǎn)。
4.如權(quán)項(xiàng)3所述的寬帶放大器，其特征是第二放大器由射極跟隨器構(gòu)成。
專利摘要
具有寬廣控制區(qū)的寬帶控制放大器，在負(fù)反饋電路中有一個(gè)差動(dòng)放大器。采取的辦法使得開環(huán)增益與差動(dòng)放大器的信號(hào)分支無關(guān)。例如控制放大器，可用在光纖系統(tǒng)接收器中作為輸入放大器，補(bǔ)償與長度和溫度相關(guān)的光電耦合中的衰減。
文檔編號(hào)H03G3/20GK85102062SQ85102062
公開日1987年1月31日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者韋羅 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan