針對容性負(fù)載的線性功率放大電路的穩(wěn)定性設(shè)計

摘要：針對容性負(fù)載，從線性功率放大電路穩(wěn)定性設(shè)計的角度，以某壓電執(zhí)行器為研究對象，通過分析相關(guān)的設(shè)計指標(biāo)，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(shè)計是有效的、可行的。
關(guān)鍵詞：容性負(fù)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(jī)電、納米工程等方面都有著廣泛的應(yīng)用空間，由于該類應(yīng)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(yīng)，通過功率放大電路，以驅(qū)動容性壓電負(fù)載，因此，在設(shè)計時必須考慮到容性負(fù)載的技術(shù)特點和壓電執(zhí)行器的應(yīng)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(fù)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(yīng)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(fù)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(shè)計指標(biāo)，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(dāng)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(shè)計指標(biāo)。

如圖2所示，由PA85的功率響應(yīng)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(shè)計指標(biāo)。