本發明涉及電子電路領域，具體涉及一種阻抗變換網絡電路結構。

背景技術：

在示波器等儀器中，常常要求輸入阻抗為1mω或者更高，但是高帶寬的放大器往往都是低輸入阻抗的。為了同時滿足高輸入阻抗和高帶寬這兩個要求，我們會在放大器之前，加入一級有源網絡，該網絡輸入阻抗高，輸出阻抗低，增益接近為1，實現高阻與低阻的變換，我們成為為阻抗變換網絡。

目前，常見的實現方案為：由源隨器和射隨器組成的單位增益放大器，以低頻反饋回路來調節偏置電壓和提高直流特性，該直流反饋回路的作用頻率被限定在直流和低頻率以內，起到限制作用的則是用于防止運放震蕩的一介濾波器。

該方案的缺點是：

1、該網絡的保護二極管，目前大多采用二極管bav99，主要是因為該二極管結電容小，用該二極管可以減小該網絡的輸入電容，但是該二極管漏電流較大。該漏電流會引起誤差電壓，在低頻和直流頻段，整體網絡的最終輸出由運放調節，在高頻段，整體網絡輸出由第一電容直接作用單位增益放大器而得，但是在高頻和低頻的過度頻段中，及一介濾波器逐漸開始發生作用的頻段(通常為50hz～1khz)，該誤差電壓就會使最終輸出信號產生增益變化，且由于漏電流會隨著溫度變化為變化，從而導致該頻段的整體增益會隨溫度變化。也有方案將該二極管更換為bav199，該二極管漏電流較小，但是其結電容較大，會增大整個網絡的輸入電容，從而影響其帶寬。

2、源隨器并不理想，依據jfet管性能可知，較為簡單的電流源會導致jfet管電流受vds的影響，而隨著輸入信號的直流偏執變化，vds一定也會產生變化，從而導致電流源的靜態工作點會隨著輸入信號的直流偏執電壓改變而改變，導致輸出信號增益會受輸入信號偏置電壓影響。為了使得jfet的帶寬得到最大程度的利用，往往會把ids調節的比較高，jfet管的vgs接近為0v。此時輸入信號使第一電容的vds小于第二電容的vds時，就會導致第一電容電流過流，導致vgs正偏，造成第一電容損害。

3、第二級緩沖器采用簡單的射隨器，其輸入信號的直流偏置會影響緩沖器的靜態工作點，從而影響增益和線性度。

4、輸出負載電容值在高頻會影響緩沖網絡整體帶寬。

5、在類似示波器的應用中，大多數情況下都是有多個模擬通道的，需要多個這種電路共同使用，而在高頻情況下，電源就成為了各個通道相互干擾的通道，造成通道間隔離度降低。

6、在射頻情況下，電源已經不能作為接地來看待，而且pcb微帶線對信號的相位影響必須考慮。為了由更好的帶寬性能，該網絡的第二級緩沖網絡會選用射頻三極管，這些三極管帶寬會達到8g以上，走線的延時會對某一頻率的信號形成正反饋，導致該網絡發生震蕩。如果把三極管選用頻率較低的三極管，就會對整體帶寬產生影響。

技術實現要素：

本發明提供了一種阻抗變換網絡電路結構，采用三個jfet管級聯構成源隨器，采用兩個三極管級聯構成緩沖器，能夠減小源隨器的輸入電容和緩沖器的輸出電容的同時增加寬帶，降低對外干擾，增加通道間隔離度，并抑制高頻振蕩的產生。

本發明提供的一種阻抗變換網絡電路結構，包括：

輸入信號(analog)分為兩條之路，第一條支路傳輸高頻信號，第二條支路傳輸低頻信號。

從所述輸入信號(analog)出發的第一條支路經由第一電容(c1)接入第一jfet管(q1)的柵極；而后通過第一jfet管q1放大，由第一jfet管q1的源級接入第一三極管(q3)的基極，通過第一三極管(q3)放大，由第一三極管(q3)的發射機接入到由第12電阻(r12)、第二電感(l2)、第五電容(c5)組成的二階低通濾波器中，最終由第二電感(l2)和第五電容(c5)的連接點輸出，連接到負載。

在所述第一電容(c1)和所述第一jfet管(q1)之間設置二極管(d1)，用于保護作用；

在所述第一jfet(q1)的源級處，接入恒流源電路，用以穩定第一jfet管的靜態工作點。所述恒流源由第三jfet管(q4)、第二jfet管(q2)、第1電阻(r1)、第11電阻(r11)、第三電阻(r3)組成。其中第二jfet管(q2)的源級通過第三電感(l3)接到負壓電壓(vee)上，同時通過第四電容(c4)旁路到地。第二jfet管(q2)的柵極經由第三電阻(r3)連接到其源級上。利用jfet管物理特性產生恒流信號。第二jfet管(q2)的漏極接到第三jfet管(q4)的源級，而第三jfet管(q4)的源級電壓受其柵極電壓嵌位，不會受輸入信號(analog)的直流偏置電壓影響，從而保證了恒流源的穩定性。負壓電源經由第一電阻(r1)和第十一電阻(r11)的分壓，接入到第三jfet管(q4)的柵極，提供穩定的柵極電壓。第三jfet管(q4)的漏極連接到第一jfet管(q1)的源級，將恒流信號接入到第一jfet管(q1)中。為第一jfet管(q1)提供穩定的直流靜態工作點。

在所述第一三極管(q3)的發射極處，接入恒流源電路，用于穩定第一三極管(q3)的直流靜態工作點。所述恒流源由第一電感(l1)、第二三極管(q5)、第十三電阻(r13)、第十四電阻(r14)、第二電阻(r2)組成。負壓電源vee通過第十三電阻(r13)和第十四電阻(r14)分壓后，接入到第二三極管(q5)的基極。由于pn結存在，會將第二三極管(q5)的發射極嵌位在比其基極電壓附近。其發射極連接到第二電阻(r2)一端，第二電阻(r2)的另一端通過第三電感l3接入到負壓電源(vee)，從而在第二電阻(r2)上會產生一個恒定的壓差，從而產生一個恒流信號。該信號通過第二三極管(q5)和第一電感(l1)接入到第一三極管(q3)的發射極，為其提供穩定的靜態工作點。

電源電壓經由第四電感l4從所述第一jfet管(q1)的源極輸入；

從第一jfet管(q1)的源極出發的一條支路經由第三電容(c3)接地；

從第一jfet管(q1)的源極出發的另一條支路經由第十五電阻(r15)接入第一三極管(q3)的集電極；

輸入信號(analog)第二條支路為低頻支路，經由第七電阻(r7)與第八電阻(r8)的分壓后，接入到第一運算放大器(u1)的正向輸入端。經由第一運算放大器(u1)的輸出端和第四電阻(r4)接入到第一jfet管(q1)的柵極，為其提供低頻信號成分。該低頻信號成分通過第一jfet管(q1)、第一三極管(q3)輸出，并由第九電阻(r9)反饋到第一運算放大器(u1)的反向輸入端，形成負反饋，從而穩定低頻信號成分。

偏置電壓(offset)經由電阻r10，接入到第一運算放大器(u1)的反向輸入端，為整個阻抗變換網絡提供直流偏置電壓。

第一運算放大器(u1)的輸出端通過第五電阻(r5)和第六電阻(r6)的分壓，經由第二電容(c2)反饋回第一運算放大器(u1)的反向輸入端。用于防止運放發生震蕩。。

優選的，

第一jfet管(q1)、第二jfet管(q2)、第三jfet管(q4)為同一型號的njfet管。

優選的，

所述第一三極管(q3)、和第二三極管(q5)為同一型號的npn結構三極管。

優選的，

最終輸出端加入的rlc二階低通濾波器。

優選的，

所述二極管(d1)的類型為bap64-04，類型為pin二極管。

優選的，

正負電源通過電感連接到jfet管，通過電阻連接到三極管。

下面對本發明提供的阻抗變換網絡電路結構所帶來的核心有益效果進行描述：

該阻抗變換網絡電路結構包括：該方案的主體部分是由第一jfet管(q1)、第二jfet管(q2)、第一三極管(q3)、第三jfet管(q4)和第二三極管(q5)組成的單位增益放大器，其中，源隨器采用三個jfet管第一jfet管(q1)、第三jfet管(q4)和第二jfet管(q2)級聯形式來完成，三個jfet管的電流由第二jfet管(q2)來產生，而第二jfet管(q2)的vds被第三jfet管(q4)所限定，由jfet管特性曲線可知，此時第二jfet管(q2)所產生的電流是一個確定值，不會再隨著輸入信號的偏置而變化，由于該電流的確定，從而使得第一jfet管(q1)的gm得以穩定，且串聯結構使得輸入電容相對大幅度減小，增加寬帶；緩沖器由兩個三極管第一三極管(q3)和第二三極管(q5)組成，第二三極管(q5)作為恒流源用于穩定第一三極管(q3)的靜態工作點，由三極管特性可知，其電流由第二三極管(q5)的基極和第二電阻(r2)決定，第一三極管(q3)的發射極和第二三極管(q5)的集電極之間通過第一電感(l1)連接，利用第一電感(l1)與第二三極管(q5)的寄生電容發生諧振，可以增加對外帶信號的抑制能力，且可以通過調節電感的感值，使帶外下降迅速，降低帶外噪聲和防止混疊，同時能減小緩沖器的輸出電容，從而提高帶寬；在第一三極管(q3)的集電極與第一jfet管(q1)的漏極之間串入第十五電阻(r15)，可以抑制信號反射而引起的震蕩。第十二電阻(r12)、第二電感(l2)、第五電容(c5)組成一個rlc濾波器，由公式可知，可以通過調節第二電感(l2)和第五電容(c5)的值，使得其諧振頻率在整體帶寬截止頻率附近，通過調節第十二電阻(r12)來對實現帶內補償和帶外抑制。正負電源串入l3和l4，用于抑制通過電源傳導來的干擾，同時防止自身的信號通過電源向其他通道傳導，既能降低對外干擾，又能增加通道間隔離度。第七電阻(r7)、第八電阻(r8)、第九電阻(r9)、第十電阻(r10)及運放(u1)構成了低頻反饋回路，用以調節偏置電壓和提高直流特性，該直流反饋回路的作用頻率被限定在直流和很低頻率以內，起到限制作用的則是第二電容(c2)、第五電阻(r5)和第六電阻(r6)構成的一介濾波器，可用于防止運放震蕩，其中第七電阻(r7)、第八電阻(r8)構成了該阻抗變換網絡的直流阻抗，以示波器為例，一般要求輸入阻抗是1mω，則r7+r8＝1mω，其低頻增益為而低頻放大增益要與高頻增益保持一直，高頻增益由第一jfet管(q1)和第一三極管(q3)的靜態工作點決定，接近于1而低于1，所以要通過調節第十電阻(r10)、第九電阻(r9)使得低頻增益配合高頻增益。

附圖說明

圖1為本發明中一種阻抗變換網絡電路結構實施例電路示意圖。

具體實施方式

本發明提供了一種阻抗變換網絡電路結構，采用三個jfet管級聯構成源隨器，采用兩個三極管級聯構成緩沖器，能夠減小源隨器的輸入電容和緩沖器的輸出電容的同時增加寬帶，降低對外干擾，增加通道間隔離度，并抑制高頻振蕩的產生。

下面請參閱圖1，本發明提供的一種阻抗變換網絡電路結構實施例，包括：

輸入信號(analog)分為兩條之路，第一條支路傳輸高頻信號，第二條支路傳輸低頻信號。

從所述輸入信號(analog)出發的第二條支路經由第一電容(c1)接入第一jfet管(q1)的柵極；而后通過第一jfet管q1放大，由第一jfet管q1的源級接入第一三極管(q3)的基極，通過第一三極管(q3)放大，由第一三極管(q3)的發射機接入到由第12電阻(r12)、第二電感(l2)、第五電容(c5)組成的二階低通濾波器中，最終由第二電感(l2)和第五電容(c5)的連接點輸出，連接到負載。

在所述第一電容(c1)和所述第一jfet管(q1)之間設置二極管(d1)，用于保護作用；

在所述第一jfet(q1)的源級處，接入恒流源電路，用以穩定第一jfet管的靜態工作點。所述恒流源由第三jfet管(q4)、第二jfet管(q2)、第1電阻(r1)、第11電阻(r11)、第三電阻(r3)組成。其中第二jfet管(q2)的源級通過第三電感(l3)接到負壓電壓(vee)上，同時通過第四電容(c4)旁路到地。第二jfet管(q2)的柵極經由第三電阻(r3)連接到其源級上。利用jfet管物理特性產生恒流信號。第二jfet管(q2)的漏極接到第三jfet管(q4)的源級，而第三jfet管(q4)的源級電壓受其柵極電壓嵌位，不會受輸入信號(analog)的直流偏置電壓影響，從而保證了恒流源的穩定性。負壓電源經由第一電阻(r1)和第十一電阻(r11)的分壓，接入到第三jfet管(q4)的柵極，提供穩定的柵極電壓。第三jfet管(q4)的漏極連接到第一jfet管(q1)的源級，將恒流信號接入到第一jfet管(q1)中。為第一jfet管(q1)提供穩定的直流靜態工作點。

在所述第一三極管(q3)的發射極處，接入恒流源電路，用于穩定第一三極管(q3)的直流靜態工作點。所述恒流源由第一電感(l1)、第二三極管(q5)、第十三電阻(r13)、第十四電阻(r14)、第二電阻(r2)組成。負壓電源vee通過第十三電阻(r13)和第十四電阻(r14)分壓后，接入到第二三極管(q5)的基極。由于pn結存在，會將第二三極管(q5)的發射極嵌位在比其基極電壓附近。其發射極連接到第二電阻(r2)一端，第二電阻(r2)的另一端通過第三電感l3接入到負壓電源(vee)，從而在第二電阻(r2)上會產生一個恒定的壓差，從而產生一個恒流信號。該信號通過第二三極管(q5)和第一電感(l1)接入到第一三極管(q3)的發射極，為其提供穩定的靜態工作點。

電源電壓經由第四電感l4從所述第一jfet管(q1)的源極輸入；

從第一jfet管(q1)的源極出發的一條支路經由第三電容(c3)接地；

從第一jfet管(q1)的源極出發的另一條支路經由第十五電阻(r15)接入第一三極管(q3)的集電極；

輸入信號(analog)第二條支路為低頻支路，經由第七電阻(r7)與第八電阻(r8)的分壓后，接入到第一運算放大器(u1)的正向輸入端。經由第一運算放大器(u1)的輸出端和第四電阻(r4)接入到第一jfet管(q1)的柵極，為其提供低頻信號成分。該低頻信號成分通過第一jfet管(q1)、第一三極管(q3)輸出，并由第九電阻(r9)反饋到第一運算放大器(u1)的反向輸入端，形成負反饋，從而穩定低頻信號成分。

偏置電壓(offset)經由電阻r10，接入到第一運算放大器(u1)的反向輸入端，為整個阻抗變換網絡提供直流偏置電壓。

第一運算放大器(u1)的輸出端通過第五電阻(r5)和第六電阻(r6)的分壓，經由第二電容(c2)反饋回第一運算放大器(u1)的反向輸入端。用于防止運放發生震蕩。本實施例中，該阻抗變換網絡電路結構的主體部分是由第一jfet管(q1)、第二jfet管(q2)、第一三極管(q3)、第三jfet管(q4)和第二三極管(q5)組成的單位增益放大器，其中，源隨器采用三個jfet管第一jfet管(q1)、第三jfet管(q4)和第二jfet管(q2)級聯形式來完成，三個jfet管的電流由第二jfet管(q2)來產生，而第二jfet管(q2)的vds被第三jfet管(q4)所限定，由jfet管特性曲線可知，此時第二jfet管(q2)所產生的電流是一個確定值，不會再隨著輸入信號的偏置而變化，由于該電流的確定，從而使得第一jfet管(q1)的gm得以穩定，且串聯結構使得輸入電容相對大幅度減小，增加寬帶。需要說明的是，由于第三jfet管(q4)使得第二jfet管(q2)的vds電壓被負電源vee和第三jfet管(q4)的柵極電壓所鉗制，不會發生變化，此時第一jfet管(q1)的vds＝vcc-vin,第二jfet管(q2)的可以計算得出，vin的最大輸入范圍是相比于現有方案的輸入范圍，有明顯提高。

該阻抗變換網絡電路的緩沖器由兩個三極管，即第一三極管(q3)和第二三極管(q5)組成，第二三極管(q5)作為恒流源用于穩定第一三極管(q3)的靜態工作點，由三極管特性可知，其電流由第二三極管(q5)的基極和第二電阻(r2)決定，第一三極管(q3)的發射極和第二三極管(q5)的集電極之間通過第一電感(l1)連接，利用第一電感(l1)與第二三極管(q5)的寄生電容發生諧振，可以增加對外帶信號的抑制能力，且可以通過調節電感的感值，使帶外下降迅速，降低帶外噪聲和防止混疊，同時能減小緩沖器的輸出電容，從而提高帶寬；在第一三極管(q3)的集電極與電源之間串入第十五電阻(r15)，可以抑制由于寄生反饋路徑和信號反射而引起的震蕩。

該阻抗變換網絡電路的輸出級加入rlc串聯結構，即由第十二電阻(r12)、第二電感(l2)、第五電容(c5)組成一個rlc濾波器，由公式可知，可以通過調節第二電感(l2)和第五電容(c5)的值，使得其諧振頻率在整體帶寬截止頻率附近，通過調節第十二電阻(r12)來對實現帶內補償和帶外抑制。

該阻抗變換網絡電路結構的正、負電源分別串入l4和l3，用于抑制通過電源傳導來的干擾，同時防止自身的信號通過電源向其他通道傳導，既能降低對外干擾，又能增加通道間隔離度。第七電阻(r7)、第八電阻(r8)、第九電阻(r9)、第十電阻(r10)及運放(u1)構成了低頻反饋回路，用以調節偏置電壓和提高直流特性，該直流反饋回路的作用頻率被限定在直流和很低頻率以內，起到限制作用的則是第二電容(c2)、第五電阻(r5)和第六電阻(r6)構成的一介濾波器，可用于防止運放震蕩，其中第七電阻(r7)、第八電阻(r8)構成了該阻抗變換網絡的直流阻抗，以示波器為例，一般要求輸入阻抗是1mω，則r7+r8＝1mω，其低頻增益為而低頻放大增益要與高頻增益保持一直，高頻增益由第一jfet管(q1)和第一三極管(q3)的靜態工作點決定，接近于1而低于1，所以要通過調節第十電阻(r10)、第九電阻(r9)使得低頻增益配合高頻增益。

本發明提供的一種阻抗變換網絡電路結構第二實施例與前述實施例不同的是，第一jfet管(q1)、第二jfet管(q2)、第三jfet管(q4)為同一型號的njfet管。，用以抑制輸入信號直流偏置電壓對阻抗變換網絡的靜態工作點的影響。同時可以增大輸入信號的電壓范圍。

本發明提供的一種阻抗變換網絡電路結構第三實施例與前述實施例不同的是，所述第一三極管(q3)、和第二三極管(q5)為同一型號的npn結構三極管。。

用于穩定緩沖網絡的靜態工作點，并且由于兩個是三極管具有相同特性，會提高系統的一致性。

本發明提供的一種阻抗變換網絡電路結構第四實施例與前述實施例不同的是，

最終輸出端加入的rlc二階低通濾波器?？梢栽谝欢ǔ潭壬细纳茙阮l率響應平坦度，抑制帶外信號干擾。

本發明提供的一種阻抗變換網絡電路結構第五實施例與前述實施例不同的是，二極管(d1)的型號為bap64-04，類型為pin二極管。。

本實施例中，保護二極管采用pin二極管bap64-04，漏電流比之傳統的bav99更低，且電容也略低，能抑制50hz～1khz增益隨溫度變化問題。

本發明提供的一種阻抗變換網絡電路結構第五實施例與前述實施例不同的是，正負電源通過電感連接到jfet管，通過電阻連接到三極管。這樣即可以提高通間隔離度，還可以抑制高頻三極管由于寄生反饋回路產生的震蕩問題。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。