[发明专利]线性放大器

说明书

本发明涉及一种线性放大器，尤指运算放大器和OCL功率放大器。

随着科技的发展，人们对线性放大器的要求越来越高。为使放大器能准确放大，一般要求有较高的增益，对快速变化的信号，要求有较好的动态性能，如宽频带和高上升速率，对小信号和直流信号则要求有较小的漂移。然而，长期以来，人们一直难以解决放大器的动态性能和稳态性能之间的矛盾。因为，较高的增益意味着要采用多级放大器，多级放大器闭环后很易产生自激振荡，要补偿自激振荡又降低了放大器的动态性能。现有技术中，有的放大器名为高速，但使用时要补偿自激，此时已不再高速，这种电路很多;有的高速是靠牺牲增益换来的，如代表现有技术的美国LTC公司（Linear  Technology  Corp.线性技术公司）生产的运算放大器LT-1190系列。LT-1190系列放大器为避免闭环自激，最大开环增益只能到100dB，增益带宽最大400MHz，该电路的瞬态响应还有二阶系统常见的阻尼和振荡。减少漂移的稳零同样也降低动态性能，典型的现有技术是获得广泛应用的许多集成电路厂生产的斩波自稳零型运算放大器，如上海元件五厂生产的5G7650型运算放大器。这种电路有一个可稳零的付通道，付通道不稳零时，付通道经电容器提供一个经稳零的放大了的输入信号给主通道放大，付通道稳零时，利用电容器保持放大了的输入信号，供主通道放大，以此实现对输入信号的稳零。由于付通道稳零时，电容器为保持态，因此放大器使用频率受斩波稳零频率的限制，动态性能受到影响，由于电容器的电压与输入信号有关，充放电强度大，因此这种电路有较强的冲击干扰和噪声。

本发明的目的是提供一种线性放大器，它可以同时具有好的动态性能和稳态性能，即有宽的频带，大的上升速率，高的增益。这样，可使放大器件的高频性能得以充分利用。本发明的自稳零型的线性放大器，冲击干扰小、噪声低，可以自稳零以大大减小放大器的零漂，而且又不影响放大器的工作频率及动态性能。

可具有宽的频带，大的上升速率，高的增益的发明是这样实现的：

本发明的线性放大器（以下称AO）或有①至少一个输入和/或输出回路中接入了具感性、容性和电阻性的部件最好是电阻和电容的一级放大器，且加入的所述部件改变了一级放大器的微变等效电路，改变了原有特性（使之可控）。在幅值穿越频率以下频率，新的幅频特性曲线（指折线化的，对数刻度，下同）包含有斜率为0dB/dec，-20dB/dec，0dB/dec，…-20dB/dec，0dB/dec的折线（dec：十倍频程），最好只有0dB/dec，-20dB/dec，0dB/dec三段折线或0dB/dec，-20dB/dec，0dB/dec，-20dB/dec四段。一级放大器的第一个转折频率前移，但在原穿越频率（即0dB增益点频率，数值上等于单位增益带宽）处的增益仍接近0dB。这种一级放大器下称特性可控的一级放大器Ak;或有②至少一个接成闭环的放大器，且所述每个接成闭环的放大器均有具高通滤波特性的负反馈网络。所述负反馈网络对放大器[A0]而言是局部负反馈。负反馈实现了零极点（与幅频特性的转折频率有对应关系）的重构，引入局部负反馈前的至少1个极点消失，减小了电路的相位移。局部负反馈使放大器的幅频特性可控，主要决定放大器的性能。所述接成闭环的放大器里，或有一个有差分或非差分输入的一～三级基本放大器[Ai]，或有至少一个有局部负反馈的放大器，即线性放大器[A0]有多层局部负反馈，或有至少一个特性可控的一级放大器[Ak]，或同时有至少一个有局部负反馈的放大器和有至少一个特性可控的一级放大器[Ak]，在这四种情形中的第二、三、四种情形下还可以有一个开环的一级放大器，但最好无。每个有局部负反馈的放大器可类似于前述的接成闭环的放大器那样层层划分;或有③前述（①、②）两种放大器组合的放大器。特性可控的一级放大器[Ak]和/或局部负反馈的引入降低了放大器的阶次，使放大器电路[A0]在幅值穿越频率0.2倍以下的频率范围内，最好在幅值穿越频率以下的频率范围内，幅频特性曲线斜率为-60dB/dec的折线段每段所对应的频率范围＜3倍频程（斜率为-60dB/dec的折线段很短，对系统性能影响小故以下视其不存在而对其忽略），最好斜率均是≥-40dB/dec。如有-40dB/dec斜率的折线段则其每段所对应的频率范围不超过50倍频程（如有段靠近幅值穿越频率点则该段允许宽至100倍频程），最好是5～20倍频程。最好有，在幅值穿越频率以下的一个＞200倍频程的范围内，最好在放大器幅频特性的第一个转折频率～幅值穿越频率的范围内，特性曲线斜率最好或一直按-20dB/dec的斜率伸展，或按-20dB/dec，0dB/dec，…的斜率交替出现，或按-20dB/dec，-40dB/dec，-20dB/dec…的斜率交替出现，或按-40dB/dec，-20dB/dec，-40dB/dec，…的斜率交替出现，或按0dB/dec，-20dB/dec，-40dB/dec的斜率轮流出现。线性放大器[A0]可以有一个开环的一级放大器，但最好无。放大器[A0]的最小组成是一个有局部负反馈的二级放大器，或一个有局部负反馈的一级放大器加上一个一级放大器，或一个特性可控的一级放大器[Ak]加上一个一级放大器。前述的每个放大器可有必要的电压跟随器（射极或源极跟随器），以隔离不同负反馈网络间的影响，或减少后级的输入阻抗对前级的输出负载的影响。当一个负反馈和其下层（即内部）负反馈反馈到同一点时，最好在这两点间加入跟随器，对电流负反馈的负载，特别是在负载较小时，最好有跟随器，以与后级隔离。由于特性可控的一级放大器[Ak]和负反馈的参数可人为设置，因此可做到对放大器的单位增益带宽牺牲小，由于可采用多个（层）放大器，所以可有高增益。