高压、高速、低电流MOSFET运算放大器IC:本设计选用的单片集成电路PA78利用A/B类驱动器级来驱动输出MOSFET,利用新型输入级来获得非常高的压摆率(slew rate),同时还消除了传统运算放大器设计的高静态电流。该设计需要采用两个PA78。这种放大器单价大约为15美元,与混合型器件的100多美元相比,其费用得以大大降低。

图1的桥式电路配置了两个PA78。在这种配置中,放大器提供的输出电压摆幅是单个运算放大器的两倍,压摆率也增加了一倍。任何非线性都变成对称的,和单个放大器的电路相比,这能减少二次谐波失真。

由正弦信号源在80kHz下提供15V峰峰值信号来驱动放大器对,放大器对再驱动压电致动器。本例假设压电致动器的阻抗等于1Ω电阻和1nF电容的等效串联阻抗。

在这个应用中,负载是浮空的,即负载完全没有接地。当左边的输出VOUTA从10V上升到160V(图2a),右边输出VOUTB从160V降至10V(图2b)时,负载上的电压摆幅为300V(-150V到+150V)(图2c)。

两个放大器的输出现在是反相的。桥式配置电路中两个PA78的总增益为+20,因此需要向压电致动器提供所需的300V峰峰值电压。由电阻R3和R4组成的反馈电路使两个PA78模块的输出都以大约85V为中心。在图1,一个双源、非对称电源为两个放大器模块提供+175V和-5V电压。

图2:当图1中左边输出VOUTA从10V上升到160V(图2a),右边输出VOUTB从160V降至10V(图2b)时,负载上的电压摆幅为300V(-150V到+150V)(图2c)。

确定+VS和-VS的净空余量

必须谨慎选择+VS和?CVS的值,以确保在VOUTA和VOUTB发生正/负偏移(positive and negative excursions)期间有足够的净空(headroom)。输出(VOUTA-VOUTB)的值在+150V到-150V之间摆动。但在这种非对称源结构中,放大器的共模输入范围(CMR)的正负值在控制+VS和?CVS值上起着重大作用。

在PA78的例子中,CMR的负值规定为?CVS+3V,这意味着输入电压与负电源轨之间的差值不应小于3V。因此,通过选择?CVS等于-5V,可让VOUTA和 VOUTB(有10V的负偏移)与电源负轨之间的差值大于15V。CMR的正值为+VS?C2V,这意味着VOUTA和VOUTB的最大正偏移必须保持低于+VS至少2V。

关于+VS电源轨的第二个问题是,模块输出峰值电流时输出端的电压降问题。在这个应用中,峰值电流大约为75mA。从PA78规格手册中一个称为“输出电压摆幅”的图可知,如果输出这个峰值电流,电压将下降8V。2V和8V加起来就是10V,即+VS必须超过150V的最大电压摆幅至少10V。选择175V的+VS就意味着具有15V的额外净空余量。

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