[发明专利]高压放大器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种输出摆幅接近2倍于电源电压的高压放大器，属于通用电子技术应用领域。 

背景技术

目前无论是用分立元件还是集成电路制造的高压电子放大器，其输出电压的摆幅，受到元器件最高工作电压的限制，为了工作安全可靠，实际的工作电压只能设定在器件耐压的85％-90％左右。以当前技术水平最好、工作电压最高的高压放大模块PA89的技术指标：最大电源电压±600V，最大输出电压的摆幅1150V，已经到了目前器件技术的极限，但在实际应用中仍有以下不足： 

1.输出电压摆幅仍不够高，研制中的高阻计检定仪，在输入电路和输出电路中各需要一个输出电压摆幅超过2300V的高压放大器，超过PA89极限值1倍。 

2.PA89是厚膜结构的高压模块，其功率消耗达5W，即使用较大面积的散热器，工作时的温升仍然较高，引起输入失调电压漂移，以及输入零电流增加。 

3.价格昂贵，单价高达人民币1万元左右。 

发明内容

本发明对现有技术的突破主要有以下两点： 

1.一种新的电路结构：输入放大器通过光电偶合电路驱动高压桥路，高压区与低压区隔离，输入放器工作在常规的低电压下，可以按照不同的要求选用各种性能优异的运算放大器，可以实现高精度、低漂移、超低输入电流等技术指标，光电偶合还隔断了器件之间的热传导，放大器可靠性与稳定性大大增加。 

2.本发明采用一种电源隐性接地、滑动连接的新技术，其特点高压桥路的电源与信号输入输出电路是悬浮的，没有固定的接地点，高压电源的电源隐性接地点是由高压桥路中的一个支路来实现的，而这个隐性接地端的电位是可以随着放大器的输出电压高低而滑动的，采用这个电路结构，在不增加元器件耐压的情况下，提高放大器输出电压峰-峰值1倍。 

高压桥路由4个高压模块构成，其中高压模块1与高压模块2串联后两端分别连接高压电源的正负极，中心点作为高压放大器的输出端；高压模块3与高压模块4串联后两端分别连接高压电源的正负极，中心点连接输入信号及输出信号的公共接地端，由于放大器闭环工作时输出端的阻抗很低，因此模块3模块4的中心点实际就是高压电源的隐性接地端；光电偶合电路的输出端连接4个高压模块，驱动高压模块导通或截止，其中高压模块1与高压模块4联动，同时导通或截止，高压模块2与高压模块3联动，模块2、3与模块1、4的驱动是反相的。 

其工作原理如下：设放大器的高压电源电压E＝(V+)-(V-)，当高压模块1与高压模块4趋向导通时，模块2与模块3趋向截止，放大器输出电压上升，同时电源隐性接地端下移，相当于提高了高压桥路电源的正电压，降低了高压桥路电源的负电压，在极限的情况下，电源的正电压(V+)＝E，负电压(V-)＝0，放大器输出对地端的最高正电压(Vo+)＝E；同理，当高压模块1与高压模块4趋向截止导通时，模块2与模块3趋向导通，放大器输出电压下降，同时电源隐性接地端上移，相当于提高了高压桥路电源的负电压的绝对值，降低了高压桥路电源的正电压，在极限的 情况下，电源的正电压(V+)＝0，负电压(V-)＝-E，放大器输出对地端的最低负电压(Vo-)＝-E；放大器输出最大摆幅为： 

(Vo+)-(Vo-)＝E-(-E)＝2E，放大器输出最大摆幅为在理想状态下达到了2倍电源电压，而在实际电路中由于高压模块有饱和压降，实际可用的输出最大摆幅为2E-100V(比较保守的数值)。 

本发明的有益效果：实现了放大器输出摆幅2倍于电源电压的效果，大大拓展了用现有元器件制作的高压放大器的电压工作范围，用现有耐压1500V的通用元器件，1250V的电源电压，可实现最大输出电压峰-峰值2400V，超过目前工作电压最高的模块PA89的输出电压1倍以上，高压元件耐压留有余量，工作稳定可靠，元器件成本也比较低。 

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明： 

图1是本发明的电路原理框图。 

图2是高压模块及驱动电路的实施例之一，用NPN高反压管作高压元件，光偶驱动高反压管的发射极，发射极驱动的好处是消除了基极驱动时高反压管的密勒电容效应，电路的频率特性较好，而且高反压管可以安全工作在Vcbo(集电极-基极反向耐压)以下电压，而Vcbo要远高于采用基极驱动时动时的耐压Vceo(基极开路，集电极-发射极耐压)，其中E1是5-10V左右的辅助电源，提供高反压管基极的钳位电压。