针对容性负载的线性功率放大电路的稳定性设计
针对容性负载的线性功率放大电路的稳定性设计
作者：姚鹏,刘岩,张胜修
来源：《现代电子技术》2010年第21期
摘要:针对容性负载,从线性功率放大电路稳定性设计的角度,以某压电执行器为研究对象,通过分析相关的设计指标,选择出适用的功率运算放大器;运用噪声增益和反馈零点这两种相位补法,提高了电路的稳定性,避免了超调和振荡,通过理论计算、模型仿真、实物检测相结合的方式,逐步地验证了所做的稳定性设计是有效的、可行的。关键词:容性负载; 压电执行器; 驱动电源; 放大电路; 相位补偿; Spice
中图分类号:TN710-34文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)21-0189-05
Stability Design of Linear Power Amplifying Circuit for Capacitive Loads
YAO Peng, LIU Yan, ZHANG Sheng-xiu
(Department of Base, The Second Artillery Engin eering College of PLA, Xi’an 710025, China)
Abstract: Proceeding from stability design of a linear power amplifying circuit and taking a piezoelectric actuator as a research object, the appropriate power operational amplifier was selected for capacitive Loads on the basis of analysis of the relevant design specifications. Two methods for phase compensation of noise gain and feedback zero are adopted to improve the stability of the circuit to avoid overshoot and oscillation. The validity and feasibility of the stability design are verified gradually by theoretical calculation, model simulation and physical test.Keywords: capacitive load; piezoelectric actuator; drive power; amplifying circuit; phase compensation; SPICE
0 引言
线性功率放大电路在压电材料的驱动、光电管、光谱仪、微机电、纳米工程等方面都有着广泛的应用空间,由于该类应用通常为高精度场合,因此,要求放大电路具有良好的稳定性。其中,压电执行器是利用逆压电效应,通过功率放大电路,以驱动容性压电负载,因此,在设计时必须考虑到容性负载的技术特点和压电执行器的应用要求[1-3]。
如表1所示,某压电执行器要求在±200 V的直流电源作用下,在±10 V的输入电压范围内,能够输出360 V的电压峰峰值,其工作频率从直流至10 kHz。容性压电负载可以等效为10.6 nF的电容,电路工作环境为25 ℃,且只采用空气对流冷却。
表1 放大电路的设计指标
参数指标参数指标
电源电压+VS=+200 Vdc-VS=-200 Vdc频率范围直流至10 kHz正弦波
输入电压峰峰值压电负载CL=10.6 nF
输出电压峰峰值-散热方式T=25 ℃空气对流冷却
1 功率放大器的选择
功率放大器的选择步骤:
第一步:利用最高频率和最大电压摆幅,计算大信号响应下的转换速率。为了能够跟踪上给定的频率和输出振幅下的正弦波,所需转换速率S.R:
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第二步:在最高频率下,容性负载会产生最大电流,可以采用两种方法得到输出电流峰值
方法一:
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方法二:
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第三步:计算最坏情况下的功耗