[实用新型]输出摆幅2倍于电源电压的放大器

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种单电源、输出摆幅2倍于电源电压的放大器，属于通用电子技术应用领域。 

背景技术

目前用常规集成电路制造的电子放大器，无论是同相放大器还是反相放大器，其输出电压的摆幅，受到运算放大器工作电压的限制，通常只能到±15V-±18V左右，超过了这个范围，只能使用特制的高压运算放大器，而高压运算放大器不但价格昂贵，其他技术指标也比不过常规的运算放大器。为了突破这个技术瓶颈，现有2种提高常规运算放大器输出电压摆幅的应用电路： 

1.桥式电路，输出电压摆幅可以增加接近1倍，但是其输出电压是双端的，与输入信号没有公共接地端，负载两端必须是悬浮的，极大地限制其应用范围，目前在音响以及大功率开关电源等特殊领域上得到应用。 

2.电源中心点悬浮技术，输出电压摆幅也可以增加接近1倍，其特点是运算放大器的正负电源的中心点是悬浮的，该中心点由另一个跟踪放大器输出电压的运算放大器驱动，两个放大器需要分别独立供电，因此共需要2组正电源和2组负电源，电路复杂，成本较高，目前只是在一些有特殊要求的仪器仪表上得到应用。 

发明内容

本实用新型采用一种电源隐性接地、滑动连接的新技术，其特点是整个放大 器只用一组单电源，该电源与信号输入输出电路是悬浮的，没有固定的接地点。放大器由主放大器与副放大器两部分组成，主放大器可以是同相放大器、反相放大器、电压跟随器等各种电路结构，输入信号经主放大器放大后输出；副放大器是反相放大器，增益为-1倍，其反相输入端通过电阻连接主放大器的输出端；电阻R1与R2串联，两头分别接在电源的正、负两端，中心点连接副放大器的同相输入端，副放大器的输出端连接信号输入与信号输出的公共地端。由于运算放大器的输出端的阻抗很低，因此副放大器的输出端实际是单端电源的隐性接地端，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。 

其工作原理如下：设放大器电源电压E＝(V+)-(V-)，当主放大器输出为正时，副放大器输出为负，电源隐性接地端下移，相当于提高了放大器电源的正电压，降低了放大器电源的负电压，当2个放大器都采用输入输出轨至轨运算放大器，在极限的情况下，放大器电源的正电压(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，当主放大器输出为负时，副放大器输出为正，电源隐性接地端上移，在极限的情况下，放大器电源负电压(V-)＝-E，正电压(V+)＝0，放大器输出对地端的最大负电压(Vo-)＝-E，放大器输出最大摆幅为： 

(Vo+)-(Vo-)＝E-(-E)＝2E，达到了2倍电源电压。 

本实用新型的有益效果：用简单的电路结构，较低的器件成本，以及单组电源实现了放大器输出摆幅2倍于电源电压的效果，拓展了普通运放的电压工作范围，在很多场合下，可以取代价格高昂的高压运放。 

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明： 

图1是本实用新型的电路原理图。 

图2是本实用新型的实施例之一，主放大器是同相放大器形式。 

图3是本实用新型的实施例之二，主放大器是反相放大器形式。 

图4是本实用新型的实施例之三，主放大器是电压跟随器形式。 

具体实施方式

本实用新型对电路中的运算放大器没有特殊要求，电路的技术指标主要取决于主放大器的运算放大器，可以按不同的技术要求采用通用运算放大器、精密运算放大器、低噪声运算放大器、低漂移运算放大器、高阻抗运算放大器、低输入电流运算放大器等，副放大器对电路性能影响不大，对失调、温漂等要求不高，但是应该尽量优先选用输入电压轨至轨以及输出电压轨至轨的运算放大器，最大幅度提高电源的利用率，实现更大的输出摆幅，R1与R2通常选用相同阻值的电阻，有的运算放大器的正电压输出幅度可能稍小于负电压的输出幅度，此时将R2的电阻值略微调小一点，可以取得更好的效果。 

本实用新型实施例二的实际测量结果如下： 

(1)用输入轨至轨以及输出轨至轨的运算放大器，单电源5V，输出摆幅9.85V，非常接近2倍电源电压。 

(2)用普通的非轨至轨廉价运放LM358，单电源36V，输出摆幅67V。