專(zhuān)利名稱(chēng)：精密交流電流放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密交流電流放大器，屬于對(duì)電力測(cè)試儀器的校準(zhǔn)、檢定與檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種可對(duì)交流標(biāo)準(zhǔn)電流源進(jìn)行高準(zhǔn)確度放大的裝置。
背景技術(shù)：
在對(duì)具有大電流測(cè)量能力的電力測(cè)試儀器的校準(zhǔn)、檢定與檢測(cè)工作中，往往需要提供輸出電流達(dá)幾十安培的大電流交流標(biāo)準(zhǔn)電流源。小電流交流標(biāo)準(zhǔn)源比較容易獲得，而低成本、高準(zhǔn)確度的大電流交流標(biāo)準(zhǔn)電流源卻不易獲得。大電流交流標(biāo)準(zhǔn)電流源，一般由小電流交流標(biāo)準(zhǔn)源經(jīng)過(guò)交流電流放大器實(shí)現(xiàn)。為使輸出電流達(dá)到幾十安培，傳統(tǒng)的交流電流放大器主要有以下幾種方式。程控放大器、變壓器、微處理器組合方式:信號(hào)經(jīng)前置程控放大，變壓器擴(kuò)流，通過(guò)電流采樣，微處理器計(jì)算后調(diào)節(jié)程控放大器增益，使輸出電流穩(wěn)定在設(shè)定值。該方式信號(hào)源和放大器一體，需要微處理器配合，對(duì)各電路元件穩(wěn)定性要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不夠靈活，且輸出電流調(diào)節(jié)具有滯后性。運(yùn)算放大器、功率管組合方式:該方式需要輸出能力達(dá)幾十安培的大電流功率管和電源，功耗大，且過(guò)零點(diǎn)交越失真不易克服。大電流運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)方式:該方式需要輸出能力達(dá)幾十安培的大電流運(yùn)算放大器和電源，成本高，功耗大。精密電流互感器擴(kuò)流方式:該方式所需精密電流互感器結(jié)構(gòu)笨重，成本高，且?guī)ж?fù)載能力弱。有鑒于此，有必要提供一種精密交流電流放大器，可對(duì)小電流交流標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行高準(zhǔn)確度實(shí)時(shí)等比例放大，以滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有交流電流放大技術(shù)的不足，提供一種改進(jìn)的精密交流電流放大器，可以對(duì)小信號(hào)交流標(biāo)準(zhǔn)電流源進(jìn)行高準(zhǔn)確度實(shí)時(shí)等比例放大，具有良好的幅值增益穩(wěn)定性和相位穩(wěn)定性，從而為具備大電流測(cè)量能力的電力測(cè)試類(lèi)儀器的高準(zhǔn)確度校驗(yàn)工作提供條件和保障。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種精密交流電流放大器，由輸入輸出端口、電流放大電路、直流鉗位電路、高頻濾波電路構(gòu)成，其特征在于:
所述電流放大電路，包括第一運(yùn)算放大器、變壓器、電流互感器；第一運(yùn)算放大器Ui反向輸入端接電流輸入端口，其輸出接變壓器輸入端；變壓器輸出端串聯(lián)電流互感器接電流輸出端口 ；電流互感器輸出接第一運(yùn)算放大器反向輸入端；
所述直流鉗位電路，包括第二運(yùn)算放大器、電阻、電容；第二運(yùn)算放大器U2和電阻Rl、電容C2組成積分電路；電阻R2、R3和電容C3組成低通濾波電路；積分電路輸入接電流放大電路的第一運(yùn)算放大器輸出端，輸出接低通濾波電路輸入端；低通濾波電路輸出接電流放大電路的第一運(yùn)算放大器正向輸入端；
所述高頻濾波電路，包括電容Cl ;電容Cl 一端接電流放大電路的第一運(yùn)算放大器輸出端，另一端接電流放大電路的第一運(yùn)算放大器反相輸入端。如上所述的精密交流電流放大器，其特征在于，所述電流放大電路的第一運(yùn)算放大器為大電流運(yùn)算放大器；變壓器為升流變壓器；電流互感器為儀表用精密交流電流互感器。如上所述的精密交流電流放大器，其特征在于，所述電流放大電路輸入端與信號(hào)源之間還能夠串聯(lián)一精密電阻，使交流標(biāo)準(zhǔn)電壓源也能夠作為輸入標(biāo)準(zhǔn)源。本發(fā)明的有益效果是:除升流變壓器輸出回路為大電流外，電路其他部分元件包括電源均工作在低電流狀態(tài)，功率利用率高，成本低；輸出電流隨輸入電流信號(hào)實(shí)時(shí)變化，輸出電流波形和相位主要由精密電流互感器決定，準(zhǔn)確度高。電流輸出回路與電路中其他元件電氣隔離，既能有效保護(hù)電路元件，又不存在與負(fù)載共地的問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明精密交流電流放大器的電路原理示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣在本申請(qǐng)所列權(quán)利要求書(shū)限定范圍之內(nèi)。各圖中標(biāo)號(hào)的說(shuō)明:A、B—輸入端口、C、D—輸出端口、Ul—電流放大電路運(yùn)算放大器、U2—積分電路運(yùn)算放大器、Tl一升流變壓器、T2—電流互感器、Rl—積分電路電阻、R2、R3—低通濾波電路電阻、Cl一高頻濾波電容、C2—積分電容、C3—低通濾波電路電容、GND—參考地電位點(diǎn)。本發(fā)明提供一種精密交流電流放大器，可對(duì)交流標(biāo)準(zhǔn)電流源進(jìn)行高準(zhǔn)確度實(shí)時(shí)等比例放大，具有良好的幅值增益穩(wěn)定性和相位穩(wěn)定性。它包括輸入輸出端口、電流放大電路、直流鉗位電路、高頻濾波電路。電流放大電路由運(yùn)算放大器、變壓器和電流互感器構(gòu)成交流電流負(fù)反饋回路，在工作頻段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)交流標(biāo)準(zhǔn)電流源的高準(zhǔn)確度放大。直流鉗位電路由積分電路和低通濾波電路組成，用于消除變壓器和電流互感器在直流時(shí)的非線(xiàn)性影響。高頻濾波電路用于防止電流放大電路振蕩。如圖1所示，一種精密交流電流放大器，由輸入輸出端口、電流放大電路、直流鉗位電路、高頻濾波電路構(gòu)成，其特征在于:
所述電流放大電路，涉及運(yùn)算放大器U1、變壓器、電流互感器；運(yùn)算放大器Ul反向輸入端接電流輸入端口，其輸出接變壓器輸入端；變壓器輸出端串聯(lián)電流互感器接電流輸出端口 ；電流互感器輸出接運(yùn)算放大器Ul反向輸入端；
所述直流鉗位電路，涉及運(yùn)算放大器U2、電阻、電容；運(yùn)算放大器U2和電阻R1、電容C2組成積分電路；電阻R2、R3和電容C3組成低通濾波電路；積分電路輸入接電流放大電路運(yùn)算放大器Ul輸出端，輸出接低通濾波電路輸入端；低通濾波電路輸出接電流放大電路運(yùn)算放大器Ul正向輸入端； 所述高頻濾波電路，涉及電容；電容一端接電流放大電路運(yùn)算放大器Ul輸出端，另一端接電流放大電路運(yùn)算放大器Ul反相輸入端。如上所述的精密交流電流放大器，其特征在于，所述電流放大電路的運(yùn)算放大器為大電流運(yùn)算放大器；變壓器為升流變壓器；電流互感器為儀表用精密交流電流互感器。如上所述的精密交流電流放大器，其特征在于，所述電流放大電路輸入端與信號(hào)源間還可串聯(lián)一精密電阻，則可將小信號(hào)交流標(biāo)準(zhǔn)電壓源轉(zhuǎn)換成大電流交流標(biāo)準(zhǔn)電流源。本發(fā)明的工作原理是:運(yùn)算放大器Ul、變壓器Tl和電流互感器T2組成交流電流負(fù)反饋電路。在交流工作頻段內(nèi):運(yùn)算放大器輸出電流能力為Im，變壓器Tl輸出與輸入電流比值為N，則放大器電流輸出能力為N*Im ;電流互感器輸出與輸入電流比值為K，則放大器輸出電流1與輸入電流Ii的關(guān)系式為:1=Ii/K。因變壓器Tl、電流互感器T2均為非線(xiàn)性元件，直流信號(hào)無(wú)法通過(guò)，高頻信號(hào)則會(huì)產(chǎn)生高附加相移，因而需要增加直流反饋和高頻反饋回路，以保障放大器電路正常工作。為此增加直流鉗位電路和高頻濾波電路。直流鉗位電路由積分電路和低通濾波電路組成，使得運(yùn)算放大器Ul輸出端直流電平鉗位在地電位點(diǎn)，而工作頻段內(nèi)交流信號(hào)則幾乎不受影響。高頻濾波電路使高頻分量直接通過(guò)電容Cl反饋回運(yùn)算放大器Ul反向輸入端，以避免放大器電路振蕩。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種精密交流電流放大器，由輸入輸出端口、電流放大電路、直流鉗位電路、高頻濾波電路構(gòu)成，其特征在于: 所述電流放大電路，包括第一運(yùn)算放大器、變壓器、電流互感器；第一運(yùn)算放大器Ui反向輸入端接電流輸入端口，其輸出接變壓器輸入端；變壓器輸出端串聯(lián)電流互感器接電流輸出端口 ；電流互感器輸出接第一運(yùn)算放大器反向輸入端； 所述直流鉗位電路，包括第二運(yùn)算放大器、電阻、電容；第二運(yùn)算放大器U2和電阻R1、電容C2組成積分電路；電阻R2、R3和電容C3組成低通濾波電路；積分電路輸入接電流放大電路的第一運(yùn)算放大器輸出端，輸出接低通濾波電路輸入端；低通濾波電路輸出接電流放大電路的第一運(yùn)算放大器正向輸入端； 所述高頻濾波電路，包括電容Cl ;電容Cl 一端接電流放大電路的第一運(yùn)算放大器輸出端，另一端接電流放大電路的第一運(yùn)算放大器反相輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密交流電流放大器，其特征在于，所述電流放大電路的第一運(yùn)算放大器為大電流運(yùn)算放大器；變壓器為升流變壓器；電流互感器為儀表用精密交流電流互感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密交流電流放大器，其特征在于，所述電流放大電路輸入端與信號(hào)源之間還能夠串聯(lián)一精密電阻，使交流標(biāo)準(zhǔn)電壓源也能夠作為輸入標(biāo)準(zhǔn)源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種精密交流電流放大器，可對(duì)交流標(biāo)準(zhǔn)電流源進(jìn)行高準(zhǔn)確度實(shí)時(shí)等比例放大，具有良好的幅值增益穩(wěn)定性和相位穩(wěn)定性。它包括輸入輸出端口、電流放大電路、直流鉗位電路、高頻濾波電路。電流放大電路由運(yùn)算放大器、變壓器和電流互感器構(gòu)成交流電流負(fù)反饋回路，在工作頻段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)交流標(biāo)準(zhǔn)電流源的高準(zhǔn)確度放大。直流鉗位電路由積分電路和低通濾波電路組成，用于消除變壓器和電流互感器在直流時(shí)的非線(xiàn)性影響。高頻濾波電路用于防止電流放大電路振蕩。本發(fā)明具有成本低、實(shí)時(shí)響應(yīng)、準(zhǔn)確度高、電流輸出回路隔離、功率利用率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F3/20GK103151993SQ20131003523
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者付濟(jì)良, 王旭, 王斯琪, 周瑋, 匡義, 徐晨 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院