大電流型功率放大器PA04及其應(yīng)用
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1 概述
PA04是美國(guó)APEX公司推出的一種場(chǎng)效應(yīng)管功率運(yùn)算放大器,它具有工作電壓高(200V)、輸出電流大(20A)、高轉(zhuǎn)換速率(50V/μs)、低失真等特點(diǎn)。
PA04的使用很靈活。休眠方式可保護(hù)整個(gè)放大器,在待機(jī)操作或負(fù)載保護(hù)時(shí)允許很低的靜態(tài)電流。它的增強(qiáng)電壓輸入(VBOOST)允許運(yùn)放在小信號(hào)段工作在較高的電壓下,而不需要有較高的輸出電流;PA04具有四線傳感技術(shù)精確限流方式,而不需要考慮在輸出線內(nèi)部或外部連接毫歐級(jí)的相干電阻。
PA04采用12腳雙列直插(DIP)封裝,密封性好,且在內(nèi)部互相絕緣。其引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下:
1腳(-INPUT):負(fù)輸入端;
2腳(+I(xiàn)NPUT):正輸入端;
3腳、4腳(COMP):相位補(bǔ)償;
5腳(-VBOOST):負(fù)增強(qiáng)電壓輸入;
6腳(OUTPUT):負(fù)電源;
7腳(-Supply):輸出端;
8腳(+Supply):正電源;
9腳(+VBOOST):正增強(qiáng)電壓輸入;
10腳、11腳(CURRENT、LIMIT):限流反饋輸入;
12腳:休眠控制端。
當(dāng)不采用增強(qiáng)電壓輸入時(shí),可將5腳、6腳以及8腳、9腳分別短路。
2 工作原理
PA04為大電流功率放大器。由于其輸出電流比較大,因而在設(shè)置和使用方面與普通的功率放大器有很多不同。這里就PA04的工作原理以及其在應(yīng)用時(shí)外部電路需要注意的問(wèn)題和遵循的原則做一些介紹。
2.1 限流和限流電阻
PA04的引腳10和引腳11用于電流反饋輸入時(shí)的連接電路如圖2所示,圖中,引腳11與放大器的輸出端直接連接,引腳10與限流電阻連接。這樣連接的好處是可以旁路其它任何寄生阻抗。限流電阻必須接在圖2所示的位置。其大小可以通過(guò)下式計(jì)算:
RCL=0.76/ILIMIT
2.2 休眠工作方式
在休眠工作方式下,PA04的引腳12與腳9連接時(shí),放大器內(nèi)部停止工作,此時(shí)整個(gè)放大器將處于休眠狀態(tài)。休眠時(shí)大約有3mA的電流流過(guò)引腳12.當(dāng)不使用休眠方式時(shí),應(yīng)將引腳12懸空。
休眠電路可以有很多種,圖3所示就是一個(gè)休眠電路。電路左端邏輯輸入信號(hào)為差模信號(hào),利用三極管導(dǎo)通和截止的特性可實(shí)現(xiàn)引腳9和引腳12的斷開(kāi)或連接控制。
2.3 增強(qiáng)電壓輸入
PA04的引腳5和引腳9為增強(qiáng)電壓輸入(VBOOST)腳,有增強(qiáng)電壓輸入管腳的放大器一般多數(shù)工作于高壓狀態(tài)而很少在大電流狀態(tài)。因此,+VBOOST管腳(引腳9)和-VBOOST管腳(引腳5)一般被連接到放大器的小信號(hào)電路上,+Vs(引腳8)和-Vs(引腳6)則被連接到大電流輸出端。而當(dāng)需要輸出電壓接近電源電壓時(shí)(即降低管壓降),可在VBOOST管腳外加5V電壓(即VBOOST=VS+5)以使小信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出晶體管飽和,同時(shí)這樣也可以改善輸出電壓的浮動(dòng)。如果不需要改善輸出電壓浮動(dòng),+VBOOST管腳和+Vs管腳、-VBOOST管腳和-Vs管腳必須分別連接到一起,而且VBOOST管腳電壓一定不能低于Vs管腳電壓。
VBOOST=VS和VBOOST=VS+5時(shí)的輸出電壓浮動(dòng)與輸出電流的關(guān)系如圖4所示。
2.4 相位補(bǔ)償
PA04的相位補(bǔ)償可通過(guò)外接補(bǔ)償電容和補(bǔ)償電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。外部補(bǔ)償電容和補(bǔ)償電阻可接在引腳3和引腳4之間,如圖5所示。
Rc和Cc的取值可根據(jù)總體增益的大小來(lái)確定,詳見(jiàn)表1.
表1 補(bǔ)償電容和補(bǔ)償電阻的取值
GainRcCc1470pF120Ω>3220pF120Ω≥10100pF120Ω
3 典型應(yīng)用
圖6是使用PA04設(shè)計(jì)的聲納換能器的驅(qū)動(dòng)電路。該電路的信號(hào)源部分由超聲波驅(qū)動(dòng)器提供。利用PA04的高功率帶寬和高輸出電壓性能,并通過(guò)圖示電路和相匹配的調(diào)節(jié)變壓器可驅(qū)動(dòng)聲納換能器。該系統(tǒng)的負(fù)載電路為阻性電路。但當(dāng)控制邏輯在休眠狀態(tài)時(shí)應(yīng)關(guān)斷運(yùn)放。
4 結(jié)束語(yǔ)
PA04以其體積小、功率頻帶寬、輸出功率大等特點(diǎn)而在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、聲納換能器、可編程控制電源等場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。由于該器件為場(chǎng)效應(yīng)管器件,對(duì)靜電的影響非常敏感,因此,在使用和存放時(shí)都應(yīng)該注意防靜電,以免對(duì)器件造成損壞。