CN102684623B

CN102684623B - 一种基于输入支路开关调制的反相放大电路

Info

Publication number: CN102684623B
Application number: CN201210166821.3A
Authority: CN
Inventors: 田社平; 郭夏夏
Original assignee: Shanghai Jiao Tong University
Current assignee: Shanghai Jiao Tong University
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: CN102684623A

Abstract

本发明公开了一种基于输入支路开关调制的反相放大电路，主要由电阻和运算放大器组成，在电路的信号输入端串接一个模拟电子开关，所述模拟电子开关通过一控制端上加入的控制信号来控制其打开或闭合。本发明电路可保证电路的放大倍数连续可控，克服了现有电路的放大倍数断续可控的缺点，且简化了倍数控制电路的设计。

Description

一种基于输入支路开关调制的反相放大电路

技术领域

本发明涉及一种电子技术领域的电路，更具体的说，涉及一种基于输入支路开关调制的反相放大电路。

背景技术

在电子电路的设计和应用中，对电信号进行放大或衰减是最常见的处理技术之一，其中对电压信号进行反相放大的典型电路如图1所示。在图1的基础上可构成如图2所示的多级可编程控制的反相放大电路。为方便起见，在图2中仅仅表示了4级放大倍数。通过译码电路可分别控制开关1、2、3或4接通，从而得到4种放大倍数，分别为-R₂/R₁₁、-R₂/R₁₂、-R₂/R₁₃、-R₂/R₁₄。

上述电路的设计方案存在如下缺点：（1）该电路包含有译码电路，电路构成较为复杂，增加了电路的生产成本；如果取消译码电路，则控制开关通断的控制信号数要增加，放大倍数的级数与开关控制信号数相同。（2）放大倍数的级数有限，而且随着放大倍数级数的增加，开关数应随之增加，相应的译码电路更加复杂。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的技术问题，提出一种基于输入支路开关调制的反相放大电路，该电路可保证电路的放大倍数连续可控，克服了现有电路的放大倍数断续可控的缺点，且简化了倍数控制电路的设计。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于输入支路开关调制的反相放大电路，主要由电阻和运算放大器组成，在电路的信号输入端串接一个模拟电子开关，所述模拟电子开关通过一控制端上加入的控制信号来控制其打开或闭合。

所述信号输入支路上的模拟电子开关和电阻的位置可以互换。

所述控制端上加入的控制信号的频率为被放大信号频率的n倍，n>100。

所述运算放大器的反馈电阻上并联高频滤波电容。

所述运算放大器的反馈电阻采用T形网络形式。

与现有技术相比，本发明的所带来的有益效果如下：

（1）本发明的电路可保证电路的放大倍数连续可控，克服了现有电路的放大倍数断续可控的缺点；

（2）本发明电路只使用一个模拟开关，简化了倍数控制电路的设计。

附图说明

图1是现有技术中反相放大的典型电路图；

图2是现有技术中多级可编程控制的反相放大电路图；

图3是本发明所公开的反相放大电路图一；

图4是本发明所公开的反相放大电路图二；

图5是本发明所公开的反相放大电路图三。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

图1所示是目前对电压信号进行反相放大的典型电路图。在图1的基础上还可构成如图2所示的多级可编程控制的反相放大电路。为方便起见，在图2中仅仅表示了4级放大倍数。通过译码电路可分别控制开关1、2、3或4接通，从而得到4种放大倍数，分别为-R₂/R₁₁、-R₂/R₁₂、-R₂/R₁₃、-R₂/R₁₄。

图3～图5是本发明所公开的基于输入支路开关调制的反相放大电路图，与图2电路相比，在信号输入端串接了一个模拟电子开关S。开关S可以通过在控制端C加入控制信号来控制其打开或闭合。

假定在C端接逻辑高电平，则开关S闭合，而在C端接逻辑低电平，则开关S断开，反之也可以。

本发明电路的工作原理如下：

通过在控制端C输入合适的脉宽调制信号，控制模拟电子开关S的通断，改变输入电阻R₁的等效值，从而改变电路的放大特性。如图3所示，在C端输入周期为T的控制信号，在一个周期中开关闭合的时间为T₀，则在周期T内反馈电阻的等效平均值

R_{1 eq} = \frac{T}{T_{0}} R_{1} - - - (1)

为使得在一个周期内输入电阻的等效值尽量恒定，可取开关控制信号的频率为被放大信号频率的n倍，根据试验结果，一般取n>100。例如，要求放大电路的频宽为0～100Hz，则可取开关控制信号的频率大于100×100Hz=10kHz。

图3中电容C₂和C₅用于平滑信号波形，同时抑制高频干扰。如果要求信号放大的频宽为0～f_H，可取C₂≤1/(2πf_HR₂)，C₅≤1/(2πf_HR₅)。此时电路在频率0～f_H范围内的放大倍数为

A = \frac{u_{o}}{u_{i}} = \frac{R_{2}}{R_{1 e}} \times \frac{R_{5}}{R_{4}} = \frac{R_{2}}{R_{1}} \times \frac{R_{5}}{R_{4}} \times \frac{T_{0}}{T} - - - (2)

通过控制T₀，或者T，或者占空比T₀/T的大小，就可以控制放大倍数A的大小。

设计实例：按图3电路设计一放大电路，要求通带频率范围为0～100Hz，放大倍数在1～10连续可控。

设计过程：取R₄=R₅=10kΩ，R₁=4.7kΩ，R₂=47kΩ；由于f_H=100Hz，可取C₂≤1/(2πf_HR₂)=0.16μF，这里取C₂=10nF；同理取C₅=10nF；开关控制信号的频率取100×100Hz=10kHz，则T＝0.1ms。电路的放大倍数为

A = \frac{U_{o}}{U_{i}} = 10 \times \frac{T_{0}}{0.1 ms} = 10 D - - - (3)

式中U_i、U_o分别为输入、输出信号的幅值；D=T₀/0.1ms为占空比。由式(3)可知，当取T₀=0.1ms，即D=100%时图3中C端始终接逻辑高电平时，电路的放大倍数为10；当取T₀=0.01ms，即D=10%时，电路的放大倍数为1；当T₀在0.01ms～0.1ms范围内变化，即D=10～100%时，电路的放大倍数在1～10之间变化。

表1给出了上述设计实例在输入信号频率为100Hz，幅值为1V时的实测结果。

表1实测结果[u_i=sin(200πt)V，开关控制信号的频率取10kHz]

在具体实施时，开关S和电阻R₁的位置可以互换，如图4所示。电阻R₂和/或R₅还可以采用T形网络的形式，如图5所示。

对于图5所示电路，放大倍数为

A = \frac{u_{o}}{u_{i}} = \frac{R_{21} + R_{22}}{R_{1 e}} (1 + \frac{R_{21} / / R_{22}}{R_{23}}) \times \frac{R_{5}}{R_{4}} = \frac{R_{21} + R_{22}}{R_{1}} (1 + \frac{R_{21} / / R_{22}}{R_{23}}) \times \frac{R_{5}}{R_{4}} \times \frac{T_{0}}{T}

式中

R_{21} / / R_{22} = \frac{R_{21} R_{22}}{R_{21} + R_{22}} .

Claims

1.一种基于输入支路开关调制的反相放大电路，主要由电阻和运算放大器组成，其特征在于，在电路的信号输入端串接一个模拟电子开关，所述模拟电子开关与电阻串联，所述模拟电子开关通过一控制端上加入的控制信号来控制其打开或闭合，所述控制信号为占空比可变的周期信号，通过改变所述占空比的大小，得到设定的放大电路放大倍数，所述控制端上加入的控制信号的频率为被放大信号频率的n倍，n>100。

2.根据权利要求1所述的基于输入支路开关调制的反相放大电路，其特征在于，所述信号输入端的模拟电子开关和电阻的位置能够互换。

3.根据权利要求1所述的基于输入支路开关调制的反相放大电路，其特征在于，所述运算放大器的反馈电阻上并联高频滤波电容。

4.根据权利要求3所述的基于输入支路开关调制的反相放大电路，其特征在于，所述运算放大器的反馈电阻采用T形网络形式。