平衡式差動(dòng)斬波器電路及基于該斬波器電路的隔離放大器的制作方法

本發(fā)明涉及斬波電路領(lǐng)域，具體涉及一種平衡式差動(dòng)斬波器電路及基于該斬波器電路的隔離放大器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的斬波調(diào)制解調(diào)方式的變壓器隔離放大器，基本都采用采用n溝道fet開(kāi)關(guān)管來(lái)做斬波器件。如圖1至圖3所示，其斬波調(diào)制/解調(diào)分別采用的方式有：串聯(lián)斬波，并聯(lián)斬波，串并聯(lián)斬波。采用這些方式的斬波，存在著兩方面的不利因素，影響斬波調(diào)制/解調(diào)的指標(biāo)。

其一，被深度夾斷時(shí)，fet開(kāi)關(guān)管的柵-漏電流igdo。fet開(kāi)關(guān)管的柵極和溝道之間相當(dāng)于反偏的pn結(jié)二極管，所以，即便有足夠大的負(fù)柵壓深度夾斷時(shí)，柵-漏和柵-源極之間仍然存在反偏漏電流。柵-漏電流igdo在斬波/解調(diào)負(fù)載rl上產(chǎn)生的電壓降等于igdorl。當(dāng)rl值足夠大時(shí)，這個(gè)值可能是比較大的。igdo還近似于溫度呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，是引起斬波器溫漂的主要原因。以目前用得比較多的串聯(lián)斬波為例,分析一下柵-漏電流igdo和瞬變尖峰對(duì)輸出斬波信號(hào)的影響，其余電路類似。串聯(lián)斬波fet開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和夾斷時(shí)，其等效電路分別如圖4和圖5所示。fet開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓vo1為：fet開(kāi)關(guān)管夾斷時(shí)，負(fù)載電壓vo2為：vo2＝igdorl。則輸入直流緩變信號(hào)vi經(jīng)串聯(lián)斬波器后產(chǎn)生的交變信號(hào)v0的關(guān)系為：

其二，瞬變尖峰。n溝道fet開(kāi)關(guān)管都存在著比較大的柵溝道結(jié)電容，其數(shù)值在5～25p之間。當(dāng)斬波驅(qū)動(dòng)方波信號(hào)加在柵極上時(shí)，這些電容的充、放電作用即在輸出端呈現(xiàn)瞬變尖峰，對(duì)于后面接的放大器而言，即相當(dāng)于產(chǎn)生了偏移電流。為了抑制瞬變尖峰，通常的做法是增加rc吸收電路，但增加此電路，又會(huì)帶來(lái)電路響應(yīng)時(shí)間的增加，幅頻特性的惡化，不利于測(cè)試交流信號(hào)。

由于上述兩種因素的原因，使得斬波后的信號(hào)質(zhì)量差，且影響隔離放大器的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提供一種平衡式差動(dòng)斬波器電路及基于該斬波器電路的隔離放大器，該斬波器電路輸出的信號(hào)質(zhì)量高，可有效提高隔離放大器的精度。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種平衡式差動(dòng)斬波器電路，用于隔離放大器中，包括斬波電路，所述斬波電路的斬波管的接地端上連接有一個(gè)與該斬波電路構(gòu)成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的差動(dòng)斬波電路。

發(fā)明人在對(duì)斬波器電路的研究中發(fā)現(xiàn)，要解決上述由于斬波器溫漂和瞬變尖峰所引起的斬波后輸出信號(hào)質(zhì)量差的問(wèn)題，最有效的方式的利用差動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)抑制上述影響。采用該結(jié)構(gòu)后，瞬變尖峰是共模的，進(jìn)入后續(xù)的隔離放大器后，將被有效的抑制掉，不需要rc吸收網(wǎng)絡(luò)，幅頻特性也能大幅度改善。

作為優(yōu)選，斬波電路為并聯(lián)型斬波電路，所述并聯(lián)型斬波電路包括連接在輸入信號(hào)端和第一負(fù)載連接端之間的第一電阻、連接在第一負(fù)載連接端和地端之間的第一斬波管，所述差動(dòng)斬波電路包括連接在地端和第二負(fù)載連接端之間的第二斬波管、連接在第二負(fù)載連接端與地端之間的第二電阻，所述第一電阻與第二電阻的阻值相等。

進(jìn)一步的，所述第一斬波管和第二斬波管均是n溝道場(chǎng)效應(yīng)管。

作為優(yōu)選，所述斬波電路為串并聯(lián)型斬波電路，所述串并聯(lián)型斬波電路包括依次連接在輸入信號(hào)端和第一負(fù)載連接端之間的第三電阻、第三斬波管、第四電阻和連接在地端和第一負(fù)載連接端之間的第四斬波管；所述差動(dòng)斬波電路包括依次連接在地端和第二負(fù)載連接端之間的第五電阻、第五斬波管、第六電阻和連接在地端和第二負(fù)載連接端之間第六斬波管，所述第三電阻與第五電阻的阻值相等，所述第四電阻與第六電阻的阻值相等。

一種隔離放大器，包括上述的差動(dòng)斬波器電路和連接在差動(dòng)斬波器電路輸出端的隔離放大器，所述隔離放大器為具有差動(dòng)輸入的交流放大器或者帶中心抽頭的耦合變壓器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明在現(xiàn)有并聯(lián)型斬波電路的斬波管上連接一斬波管電路以與該并聯(lián)型斬波電路構(gòu)成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，抵消由斬波器溫漂和瞬變尖峰所帶來(lái)的影響，斬波后輸出的信號(hào)質(zhì)量高，可有效提高隔離放大器的精度。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為現(xiàn)有串聯(lián)斬波調(diào)制/解調(diào)的電路原理圖。

圖2為現(xiàn)有并聯(lián)斬波調(diào)制/解調(diào)的電路原理圖。

圖3為現(xiàn)有串并聯(lián)斬波調(diào)制/解調(diào)的電路原理圖。

圖4現(xiàn)有串聯(lián)斬波調(diào)制/解調(diào)斬波管導(dǎo)通時(shí)的等效圖。

圖5現(xiàn)有串聯(lián)斬波調(diào)制/解調(diào)斬波管夾斷時(shí)的等效圖。

圖6本實(shí)施例2的電路原理圖。

圖7本實(shí)施例2的另一種電路原理圖。

圖8是實(shí)施例3的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

如圖5所示一種平衡式差動(dòng)斬波器電路，用于隔離放大器中，包括斬波電路，所述斬波電路的斬波管的接地端上連接有一個(gè)與該斬波電路構(gòu)成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的差動(dòng)斬波電路。

具體的，仍以n溝道場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)本方案的具體實(shí)現(xiàn)電路和原理進(jìn)行說(shuō)明。需要指出的是，可依據(jù)本方案原理實(shí)現(xiàn)本目的的斬波管的類型很多，譬如：n溝道場(chǎng)效應(yīng)管、p溝道場(chǎng)效應(yīng)管等，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道的是，采用其他斬波管類型的電路，也在本方案的保護(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例2

并聯(lián)型斬波電路采用圖2所示的結(jié)構(gòu)，包括連接在輸入信號(hào)端和第一負(fù)載連接端之間的第一電阻、連接在第一負(fù)載連接端和地端之間的第一斬波管。對(duì)應(yīng)的與并聯(lián)型斬波電路構(gòu)成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的差動(dòng)斬波電路采用如圖5所示的結(jié)構(gòu)，包括連接在地端和第二負(fù)載連接端之間的第二斬波管、連接在第二負(fù)載連接端與地端之間的第二電阻。第一電阻與第二電阻的阻值相等，第一斬波管和第二斬波管采用相同型號(hào)或者雙fet管，其igdo具有相同或相似的溫度系數(shù)。第二電阻的接地端也可如圖6所示，連接在輸入信號(hào)端的陽(yáng)極上。負(fù)載連接在第一負(fù)載連接端和第二負(fù)載連接端之間，第一斬波管和第二斬波管的柵極同時(shí)連接在一控制信號(hào)上。

現(xiàn)以該具體電路對(duì)本方案可解決溫度漂移和尖峰脈沖的原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

采用上述電路結(jié)構(gòu)，輸入直流緩變信號(hào)vi經(jīng)串聯(lián)斬波器后產(chǎn)生的交變信號(hào)v0可表示為：

由于igdo具有相同或相似的溫度系數(shù)、第一電阻與第二電阻的阻值相等，則上述可簡(jiǎn)化為：

由此可見(jiàn)，可大大減小深度夾斷時(shí)，fet開(kāi)關(guān)管的柵-漏電流igdo所帶來(lái)的影響。后面采用具有差動(dòng)輸入的交流放大器，或者帶中心抽頭的耦合變壓器，igdo的影響可以完全被抑制。由于vo1和vo2上的瞬變尖峰信號(hào)是共模的，進(jìn)入差分交流放大器或者差分方式輸入的變壓器后，將被有效的抑制掉。不需要rc吸收網(wǎng)絡(luò)，幅頻特性也能大幅度改善。

實(shí)施例3

串并聯(lián)型斬波電路采用如圖3所示的結(jié)構(gòu)，包括依次連接在輸入信號(hào)端和第一負(fù)載連接端之間的第三電阻、第三斬波管、第四電阻和連接在地端和第一負(fù)載連接端之間的第四斬波管；對(duì)應(yīng)的與串并聯(lián)型斬波電路構(gòu)成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的差動(dòng)斬波電路采用如圖8所示的結(jié)構(gòu)，包括依次連接在地端和第二負(fù)載連接端之間的第五電阻、第五斬波管、第六電阻和連接在地端和第二負(fù)載連接端之間第六斬波管，所述第三電阻與第五電阻的阻值相等，所述第四電阻與第六電阻的阻值相等。負(fù)載連接在第一負(fù)載連接端和第二負(fù)載連接端之間，第三斬波管和第五斬波管的柵極同時(shí)連接在一控制信號(hào)上；第四斬波管和第六斬波管的柵極同時(shí)連接在一控制信號(hào)上。其可解決溫度漂移和尖峰脈沖的原理與實(shí)施例2相同。

需要說(shuō)明的是，串聯(lián)斬波電路中，其等效負(fù)載rl與斬波管是串聯(lián)關(guān)系，無(wú)法構(gòu)成差分結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例4

一種隔離放大器，包括上述實(shí)施例中的任一差動(dòng)斬波器電路和連接在差動(dòng)斬波器電路輸出端上的隔離放大器，隔離放大器為具有差動(dòng)輸入的交流放大器或者帶中心抽頭的耦合變壓器。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。