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[導讀]PB50是美國APEX公司推出的高壓型場效應(yīng)管大功率升壓放大器,具有工作電壓高(200V)、輸出電流大(2A)、高轉(zhuǎn)換速率(50V/μs)、低失真等特點。

1 概述
   
PB50是美國APEX公司推出的高壓型場效應(yīng)管大功率升壓放大器,具有工作電壓高(200V)、輸出電流大(2A)、高轉(zhuǎn)換速率(50V/μs)、低失真等特點。此外,PB50的限流電路可以將其內(nèi)部的功率損耗限制在一個和功率晶體管的安全區(qū)幾乎相同的范圍內(nèi),良好的導熱性可以使其獲得較之普通功率晶體管更好的功率特性。

    PB50采用8引腳TO-3鐵盒封裝,密封性好,且內(nèi)部相互絕緣,其引腳排列如圖l所示。各個引腳的功能如下:
    1腳(0UT):輸出端;
    2腳(CL):限流反饋輸入;
    3腳(+Vs):正電源;
    4腳(IN):輸入端;
    5腳(COM):公共接地端;    
    6腳(-Vs):負電源;
    7腳(GAIN):增益設(shè)置;
    8腳(C0MP):相位補償。

2 引腳特性及工作原理
2.1 升壓放大器的基本連接
   
圖2是:PB50的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。由于它是高壓大功率放大器,輸出電流比較大,因而在設(shè)置和使用方面與普通功率放大器有較大差異。

    PB50對電源電壓的要求是負電源必須比公共接地端(5腳)低30V,最小工作電壓不低于±30V。

    由圖2可知,PB50的輸入端IN是一個低阻抗輸入。典型值是50kΩ。最大安全輸入電壓范圍必須被限制到±15V以下。PB50的典型失調(diào)電壓是0.75V,因為它有一個共基極的雙極輸入,所以當選用了前級驅(qū)動放大器時,這個失調(diào)電壓將從前級驅(qū)動器的輸出范圍內(nèi)減去,例如:一個前級驅(qū)動運算放大器的輸出電壓為20V(峰-峰值),它的實際輸出將是一10.75V和9.25V.這個失調(diào)電壓對整個電路的失調(diào)沒有影響.因為它的失調(diào)電壓已經(jīng)被前級驅(qū)動放大器的開環(huán)增益有效地抵消。但是沒有前級驅(qū)動放大器時,這個失調(diào)電壓總是存在。并且對整個電路的失調(diào)有很大影響。

    公共接地端“COM”為內(nèi)部輸入和反饋提供了一個地參考點,需要注意的是,這個端口通常不能作為反相輸入端。

    增益腳“GAIN”允許外接增益電阻器來調(diào)節(jié)放大器的閉環(huán)增益.外接增益電阻器與片內(nèi)的反饋電阻器串聯(lián).閉環(huán)增益的計算公式為:
    Av=[(RC+6200)/2100]+1

    頻率補償腳“COMP”允許外接補償電容器,外接電容器與片內(nèi)反饋電阻器并聯(lián)。設(shè)計者可以通過補償電容、外接電阻器和反饋電阻器的值簡單計算信號增益極點,從而估計PB50的頻率響應(yīng)。信號增益極點計算公式是:
    FP=1/[2π(RC+6200)/Cc]

    式中,Rc為外部反饋電阻器,Cc外部補償電容器。

    例如,22pF的外接補償電容器和6.2kΩ的電阻器并聯(lián)會在PB50的小信號響應(yīng)曲線上的1.2MHz處形成一個極點。22kΩ的外接電阻和6.2kΩ的電阻器串聯(lián)可實現(xiàn)閉環(huán)增益10。如果再外接一個22pF的補償電容器將導致小信號響應(yīng)曲線在260kHz處開始下降。
 
    PB50的限流腳CL外接一個限流電阻器(RCL),通過輸出端的電流負反饋作用來實現(xiàn)限流。限流電阻器的取值范圍為O.27Ω~47Ω,在滿足電流輸出要求的前提下,限流電阻應(yīng)取得盡量大些。輸出電流與限流電阻值之間的關(guān)系是:
    +IL=(0.65/RCL)+0.1-IL=0.65/RCL

    綜上所述,PB50的外圍器件應(yīng)按照其數(shù)據(jù)手冊上外部連接示意圖進行連接。

2.2 復合升壓放大器的設(shè)計
   
當系統(tǒng)對失調(diào)電壓、漂移或偏置電流有非常嚴格的要求時.可用一個合適的前級放大器和PB50共同構(gòu)成閉環(huán)結(jié)構(gòu)的高性能、高精度復合放大器。

    在構(gòu)造復合放大器時,前級驅(qū)動器的選取必須考慮如下幾個技術(shù)參數(shù):增益、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換速率和輸出失調(diào)。

    若要獲得最大穩(wěn)定性.必須遵循下列原則:
    (1)升壓放大器應(yīng)在盡可能低的增益下工作;
    (2)前級驅(qū)動放大器應(yīng)在盡可能高的增益下工作;
    (3)前級驅(qū)動器的增益一帶寬乘積應(yīng)比升壓放大器的增益一帶寬乘積小;
    (4)整個閉環(huán)內(nèi)的相移應(yīng)盡可能小。

3 典型應(yīng)用
3.1 可編程電源
   
可編程電源要求放大器在高電壓和大電流的工作狀態(tài)下仍具有線性度高、失調(diào)電壓低和偏置電流小的特性,此外,在某些特定情況下還要求具有快速響應(yīng)性。高精度可編程電源選擇AD707作為前級放大器.它具有很低的失調(diào)電壓以便在高精度的18位DAC輸入下獲得最好的工作特性。輸出的電阻分壓器將輸出成比例的降到DAC的滿刻度范圍內(nèi),因為它會影響電路的精度所以必須選擇高質(zhì)量和低溫度系數(shù)(TC)的電阻器。如果用一個密封電阻網(wǎng)絡(luò),那么絕對溫度系數(shù)不像分壓電阻溫度系數(shù)對電路的影響那么重要。當用一個外部DAC反饋電阻器時,最好使用分壓器。用內(nèi)部的DAC反饋電阻器可以確保DAC本身最好的溫度漂移特性,大多數(shù)采用外部反饋電阻器的DAC溫度漂移可以達到300ppm/℃。

3.2 電磁偏轉(zhuǎn)放大器
    PB50的所有工作特性不僅僅在高電壓下才能實現(xiàn)。電磁偏轉(zhuǎn)應(yīng)用場合要求放大器在它所能提供的電流下有很高的轉(zhuǎn)換速率,雖然這種工作狀態(tài)下的電壓并不高,但是PB50仍可以滿足要求。而在以前只有某些昂貴的集成功率放大器才能夠同時滿足轉(zhuǎn)換速率和增益帶寬要求。

    用PB50可以構(gòu)成電磁偏轉(zhuǎn)放大器電路。該電路通過把偏轉(zhuǎn)線圈放在電流反饋環(huán)內(nèi)強迫線圈電流與輸入電壓成正比,在這個例子中,反饋電阻器來對升壓放大器進行增益補償。從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。輔助反饋網(wǎng)絡(luò)補償高頻時電感線圈和電流檢測電阻器引起的90°相移。以確保瞬態(tài)響應(yīng)時的穩(wěn)定性。任何電磁線圈放大器的最快瞬態(tài)響應(yīng)時間取決于其放大器輸出電壓范圍和線圈自身電感。近140V的電壓加在200μH的線圈上,最小瞬態(tài)響應(yīng)時間約為2μs,而TL071和PB50組成的電路能提供40V/μs的轉(zhuǎn)換速率.這意味著放大器提供滿電壓輸出需時4μs,最終該電路的瞬態(tài)響應(yīng)時間小于6μs,相當于83kHz的掃描速度。

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