針對容性負載的線性功率放大電路的穩(wěn)定性設計
摘要:針對容性負載,從線性功率放大電路穩(wěn)定性設計的角度,以某壓電執(zhí)行器為研究對象,通過分析相關的設計指標,選擇出適用的功率運算放大器;運用噪聲增益和反饋零點這兩種相位補法,提高了電路的穩(wěn)定性,避免了超調(diào)和振蕩,通過理論計算、模型仿真、實物檢測相結(jié)合的方式,逐步地驗證了所做的穩(wěn)定性設計是有效的、可行的。
關鍵詞:容性負載;壓電執(zhí)行器;驅(qū)動電源;放大電路;相位補償;Spice
0 引言
線性功率放大電路在壓電材料的驅(qū)動、光電管、光譜儀、微機電、納米工程等方面都有著廣泛的應用空間,由于該類應用通常為高精度場合,因此,要求放大電路具有良好的穩(wěn)定性。其中,壓電執(zhí)行器是利用逆壓電效應,通過功率放大電路,以驅(qū)動容性壓電負載,因此,在設計時必須考慮到容性負載的技術特點和壓電執(zhí)行器的應用要求。
如表1所示,某壓電執(zhí)行器要求在±200 V的直流電源作用下,在±10 V的輸入電壓范圍內(nèi),能夠輸出360 V的電壓峰峰值,其工作頻率從直流至10 kHz。容性壓電負載可以等效為10.6 nF的電容,電路工作環(huán)境為25℃,且只采用空氣對流冷卻。
1 功率放大器的選擇
功率放大器的選擇步驟:
第一步:利用最高頻率和最大電壓擺幅,計算大信號響應下的轉(zhuǎn)換速率。為了能夠跟蹤上給定的頻率和輸出振幅下的正弦波,所需轉(zhuǎn)換速率S.R:
第二步:在最高頻率下,容性負載會產(chǎn)生最大電流,可以采用兩種方法得到輸出電流峰值Iop:
方法一:
第四步:如表2所示,針對放大器的設計指標,選擇適用的功率運算放大器。
如圖1所示,由PA85的參數(shù)可知,當輸出電流為±200 mA時,在最壞情況下的飽和壓降為10 V。因此,可以滿足輸出電流峰值為120 mA時,輸出電壓峰值為180 V的設計指標。
如圖2所示,由PA85的功率響應可知,無論補償電容Cc選擇為圖中任何三種數(shù)值,在10 kHz的頻率以下,輸出電壓都處在360 V的峰峰值范圍內(nèi),因此,滿足設計指標。
評論