一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，主要包括放大器模塊和調零模塊；在放大器模塊中包括輸入級模塊、中間放大級模塊、輸出級模塊、增益反饋模塊。為保證放大器具有寬頻帶的要求，在輸入級模塊和中間放大級模塊間采用折疊式渥爾曼電路來抵消輸入級模塊的密勒效應；在中間放大級模塊和輸出級模塊里又分別采用差分式Cob自抵消電路組和A級互補Cob自抵消電路來消除Cob對頻率特性的影響。為保證放大器具有大電壓的要求，輸出級模塊選取2SA1209和2SC2911互補大電壓高頻對管，其VCBO為±180V、VCEO為±160V、VEBO為±5V、fT為150MHz、Cob為3pF；為保證放大器低溫漂特性在輸入級模塊的差分電流源上使用對管upa63h和2SA1349。
【專利說明】
一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器
技術領域
[0001 ]本發明屬于于電子式互感器參數測量技術領域，更為具體地講，涉及一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器。
【背景技術】
[0002]由于傳統變電站所使用的電磁式互感器主要表現為感性，所以在動態性能測試中其響應為微分效果；而智能站中使用的電子式電流互感器同時包含較大感性和容性和阻性，所以在動態性能測試中其響應為高頻衰減震蕩，即產生高頻附加分量。而此高頻附加分量不屬于一次真實狀態信號的內容，其很有可能讓智能終端產生誤動作，或者多次動作，進而影響智能變電站的正常運行，甚至是電網事故，所以對電子式互感器的性能測試和評估顯得尤為重要。
[0003]新型電子式互感器是把高電壓或測量大電流均轉化為推薦電壓(1.5V或4V)，而保護電流則轉化為額定電壓(150mV或200mV)，再把所得模擬量經采集卡轉化為數字量，最后送至合并單元。由于用在保護電流測量的電子式互感器新加故障電流預測功能，故加入微分環節，這樣就要求互感器通道具有較高的頻率特性(1MHz)。這樣，在面向電子式互感器性能測試和評估平臺中模擬電子式互感器采集卡輸入信號的放大器必須具有高精度和寬頻帶。同時，由于廠家采集卡最大輸入電壓范圍可高達幾十伏，故放大器也應具有大電壓、高擺率的特性。
[0004]目前市面上所擁有的大電壓高頻運放為TI公司的LM7171和APEX公司的PA98。LM7171具有200Mhz增益帶寬積，但是有約±18V的輸出電壓能力;PA98具有約±200V輸出電壓能力和10Mhz的增益帶寬積，但帶容性負載時極易產生自激震蕩，且溫漂和輸出噪聲較大。
[0005]為此，結合現有的技術和實際使用需求，研制一種專門用于電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器至關重要。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種適用于電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，以解決現有技術中存在的大電壓和寬頻帶不能共存的矛盾問題，實現精準有效的電子式互感器測試實驗。
[0007]為實現上述發明目的，本發明一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，其特征在于，包括:輸入級模塊、中間放大級模塊、輸出級模塊、增益反饋模塊和調零模塊；
[0008]其中，所述的輸入級模塊包括RC濾波電路、結型差動放大電路、基級接地式渥爾曼電路；
[0009]所述的中間放大級模塊包括晶體管Ccib自抵消電路組、手動調零電路、推挽電路；
[0010]所述的輸出級模塊包括A級互補Ccib自抵消電路、推挽輸出電路、限流保護電路；
[0011]所述的調零模塊包括偏置電路、24位高精度AD采集器、FPGA控制器、16位DA補償器；
[0012]輸入電壓信號進入輸入級模塊后，經RC濾波電路濾波，再送入結型差動放大電路中轉換為差分電流信號，差分電流信號再經過基級接地式渥爾曼電路放大，得到差分電流信號；差分電流信號經折疊式渥爾曼電路傳遞到放大器的中間放大級模塊，在中間放大級模塊里，差分電流信號被晶體管Ccib自抵消電路組進一步放大，同時手動調零電路穩定其靜態工作點，再由推挽電路將差分信號轉換為單端電壓信號；單端電壓信號經RC相位補償后進入放大器的輸出級模塊，在輸出級模塊中，單端電壓信號被A級互補Ccib自抵消電路放大后進入推挽輸出電路，再通過限流保護電路的輸出限制，使單端電壓信號工作在正常范圍內，再通過增益反饋模塊的穩定后輸入到放大器的輸出端;在放大器的輸出端，調零模塊將放大器輸出的零漂模擬量經偏置電路疊加上電壓偏置信號，再送入到24位高精度AD采集器，在24位高精度AD采集器中，零漂模擬量被轉化為零漂數字量，零漂數字量再進入FPGA控制器，在FPGA控制器里零漂數字量經換算為對應零漂補償量后，再由16位DA補償器轉為對應的模擬補償量，模擬補償量加入到放大器的輸入端，再由放大器放大后補償到其輸出端抵消對應的零漂分量。
[0013]本發明的發明目的是這樣實現的:
[0014]本發明一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，主要包括放大器模塊和調零模塊;在放大器模塊中包括輸入級模塊、中間放大級模塊、輸出級模塊、增益反饋模塊。為保證放大器具有寬頻帶的要求，在輸入級模塊和中間放大級模塊間采用折疊式渥爾曼電路來抵消輸入級模塊的密勒效應;在中間放大級模塊和輸出級模塊里又分別采用差分式Cclb自抵消電路組和A級互補Cclb自抵消電路來消除Cclb對頻率特性的影響。為保證放大器具有大電壓的要求，輸出級模塊選取2SA1209和2SC2911互補大電壓高頻對管，其Vcbq為土180V、VCEq為±160V、VEBq為±5V、fT為15010^、(^為3??;為保證放大器低溫漂特性在輸入級模塊的差分電流源上使用對管upa63h和2SA1349。
【附圖說明】
[0015]圖1是大電壓寬頻帶放大器的電路原理框圖。
[0016]圖2是基級接地式渥爾曼電路圖。
[0017]圖3是晶體管Ccib自抵消電路圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0019]實施例
[0020]圖1是本發明一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器原理圖。
[0021]在本實施例中，如圖1所示，本發明一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，包括:輸入級模塊、中間放大級模塊、輸出級模塊、增益反饋模塊和調零模塊；
[0022]其中，如圖1所示，輸入級模塊中圓形1-3分別表示:RC濾波電路、結型差動放大電路、基級接地式渥爾曼電路；
[0023]在本實施例中，結型差動放大電路和基級接地式渥爾曼電路分別采用結型對管upa63h 和三極管 2SC1775A。
[0024]中間放大級模塊中的三角形1-3分別表示:晶體管Ccib自抵消電路組、手動調零電路、推挽電路；
[0025]在本實施例中，晶體管Ccib自抵消電路組共使用5個Ccib自抵消電路；其中，兩個由2SC1815 和 2SA1145 組成，一個由 2SC2705 和 2SA1015 組成，一個由 2SA1015 和 2SC2911 組成，一個由2SC1815和2SA1209組成。
[0026]輸出級模塊中的正方形1-3分別表示:A級互補Ccib自抵消電路、推挽輸出電路、限流保護電路；
[0027]調零模塊六邊形1-4分別表示:偏置電路、24位高精度AD采集器、FPGA控制器、16位DA補償器；
[0028]在本實施例中，24位高精度AD采集器采用TI公司24位模數轉換芯片ADS1256，16位DA補償器采用ADI公司16位高速數模轉換芯片AD768，FPGA控制器采用Altra公司的EP3C40F484，偏置電路采用ADI公司的AD8628運放。
[0029]輸入電壓信號進入輸入級模塊后，經RC濾波電路濾波，再送入結型差動放大電路中轉換為差分電流信號，差分電流信號再經過基級接地式渥爾曼電路放大，得到差分電流信號；
[0030]差分電流信號經折疊式渥爾曼電路傳遞到放大器的中間放大級模塊，在中間放大級模塊里，差分電流信號被晶體管Ccib自抵消電路組進一步放大，同時手動調零電路穩定其靜態工作點，再由推挽電路將差分信號轉換為單端電壓信號；單端電壓信號經RC相位補償后進入放大器的輸出級模塊；
[0031]在本實施例中，折疊式渥爾曼電路包括三極管2SC1775A和2SC1815;
[0032]在輸出級模塊中，單端電壓信號被A級互補Ccib自抵消電路放大后進入推挽輸出電路，再通過限流保護電路的輸出限制，使單端電壓信號工作在正常范圍內，再通過增益反饋模塊的穩定后輸入到放大器的輸出端；
[0033]在放大器的輸出端，調零模塊將放大器輸出的零漂模擬量經偏置電路疊加上電壓偏置信號，再送入到24位高精度AD采集器，在24位高精度AD采集器中，零漂模擬量被轉化為零漂數字量，零漂數字量再進入FPGA控制器，在FPGA控制器里零漂數字量經換算為對應零漂補償量后，再由16位DA補償器轉為對應的模擬補償量，模擬補償量加入到放大器的輸入端，再由放大器放大后補償到其輸出端抵消對應的零漂分量。
[0034]圖2是基級接地式渥爾曼電路圖。
[0035]在本實施例中，基級接地式渥爾曼電路是將晶體管縱向堆積起來的電路，即是將下面晶體管的集電極與上面晶體管的發射極連接起來的電路，如圖2所示。一般的共發射極電路輸入電容為:
[0036]Ci = Cbe+(Av+1).Cbc
[0037]其中Av.Cb。是由于密勒效應造成的。但在基級接地式渥爾曼電路的共發射模塊中Av=O,則Ci僅為Cbe與Cb。之和，密勒效應被消除。
[0038]圖3是晶體管Ccib自抵消電路圖。
[0039]在本實施例中，Ccib自抵消原理為:利用Tr2檢測出流到Ccib的電流i，再利用與Ccib并聯插入的從屬電流源使i回流，這樣電流i在虛線閉合環路內循環，而不流出環路以外，因此從輸出級看!^的集電極，就變成了 Ccib與從屬電流源都不存在，相當于Ccib被自抵消了。
[0040]盡管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【主權項】
1.一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，其特征在于，包括:輸入級模塊、中間放大級模塊、輸出級模塊、增益反饋模塊和調零模塊； 其中，所述的輸入級模塊包括RC濾波電路、結型差動放大電路、基級接地式渥爾曼電路； 所述的中間放大級模塊包括晶體管Ccib自抵消電路組、手動調零電路、推挽電路； 所述的輸出級模塊包括A級互補Cclb自抵消電路、推挽輸出電路、限流保護電路； 所述的調零模塊包括偏置電路、24位高精度AD采集器、FPGA控制器、16位DA補償器； 輸入電壓信號進入輸入級模塊后，經RC濾波電路濾波，再送入結型差動放大電路中轉換為差分電流信號，差分電流信號再經過基級接地式渥爾曼電路放大，得到差分電流信號；差分電流信號經折疊式渥爾曼電路傳遞到放大器的中間放大級模塊，在中間放大級模塊里，差分電流信號被晶體管Ccib自抵消電路組進一步放大，同時手動調零電路穩定其靜態工作點，再由推挽電路將差分信號轉換為單端電壓信號;單端電壓信號經RC相位補償后進入放大器的輸出級模塊，在輸出級模塊中，單端電壓信號被A級互補Ccib自抵消電路放大后進入推挽輸出電路，再通過限流保護電路的輸出限制，使單端電壓信號工作在正常范圍內，再通過增益反饋模塊的穩定后輸入到放大器的輸出端;在放大器的輸出端，調零模塊將放大器輸出的零漂模擬量經偏置電路疊加上電壓偏置信號，再送入到24位高精度AD采集器，在24位高精度AD采集器中，零漂模擬量被轉化為零漂數字量，零漂數字量再進入FPGA控制器，在FPGA控制器里零漂數字量經換算為對應零漂補償量后，再由16位DA補償器轉為對應的模擬補償量，模擬補償量加入到放大器的輸入端，再由放大器放大后補償到其輸出端抵消對應的零漂分量。2.根據權利要求1所述的一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，其特征在于，所述的結型差動放大電路和基級接地式渥爾曼電路采用結型對管upa63h和三極管2SC1775A。3.根據權利要求1所述的一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，其特征在于，所述的輸入級模塊和中間放大級模塊間的差分信號傳接采用折疊式渥爾曼電路，折疊式渥爾曼電路包括三極管2SC1775A和2SC1815。4.根據權利要求1所述的一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，其特征在于，所述的晶體管Ccib自抵消電路組共使用5個Ccib自抵消電路；其中，兩個由2SC1815和2SA1145組成，一個由2SC2705和2SA1015組成，一個由2SA1015和2SC2911組成，一個由2SC1815 和 2SA1209組成。5.根據權利要求1所述的一種面向電子式互感器測試的大電壓寬頻帶放大器，其特征在于，所述的調零模塊中，24位高精度AD采集器采用TI公司24位模數轉換芯片ADS1256，16位DA補償器采用ADI公司16位高速數模轉換芯片AD768，FPGA控制器采用Altra公司的EP3C40F484，偏置電路采用ADI公司的AD8628運放。
【文檔編號】G01R35/02GK205427173SQ201620051892
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月19日
【發明人】黃琦, 井實, 甄威, 周瑜, 吳杰, 蘇根
【申請人】國網四川省電力公司電力科學研究院, 電子科技大學