針對容性負載的線性功率放大電路的穩定性設計

摘要：針對容性負載，從線性功率放大電路穩定性設計的角度，以某壓電執行器為研究對象，通過分析相關的設計指標，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，提高了電路的穩定性，避免了超調和振蕩，通過理論計算、模型仿真、實物檢測相結合的方式，逐步地驗證了所做的穩定性設計是有效的、可行的。
關鍵詞：容性負載；壓電執行器；驅動電源；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動、光電管、光譜儀、微機電、納米工程等方面都有著廣泛的應用空間，由于該類應用通常為高精度場合，因此，要求放大電路具有良好的穩定性。其中，壓電執行器是利用逆壓電效應，通過功率放大電路，以驅動容性壓電負載，因此，在設計時必須考慮到容性負載的技術特點和壓電執行器的應用要求。

如表1所示，某壓電執行器要求在±200 V的直流電源作用下，在±10 V的輸入電壓范圍內，能夠輸出360 V的電壓峰峰值，其工作頻率從直流至10 kHz。容性壓電負載可以等效為10．6 nF的電容，電路工作環境為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，計算大信號響應下的轉換速率。為了能夠跟蹤上給定的頻率和輸出振幅下的正弦波，所需轉換速率S．R：

第二步：在最高頻率下，容性負載會產生最大電流，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，針對放大器的設計指標，選擇適用的功率運算放大器。

如圖1所示，由PA85的參數可知，當輸出電流為±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的設計指標。

如圖2所示，由PA85的功率響應可知，無論補償電容Cc選擇為圖中任何三種數值，在10 kHz的頻率以下，輸出電壓都處在360 V的峰峰值范圍內，因此，滿足設計指標。