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增大运放输出电压范围的受控电源
摘要: 增加IC运放的输出电压通常要增加大电压外接晶体管。然后形成的电路需要经过校正才能保持它的工作特性。这种校正是很困难的,尤其是对精密放大器而言。本设计实例是一种替代方法:采用控制运放自身电源的方法,在不改变运放特性的情况下就能提高很多精密运放的输出电压。
Abstract:
Key words :

  增加 IC 运放输出电压通常要增加大电压外接晶体管。然后形成的电路需要经过校正才能保持它的工作特性。这种校正是很困难的,尤其是对精密放大器而言。本设计实例是一种替代方法:采用控制运放自身电源的方法,在不改变运放特性的情况下就能提高很多精密运放的输出电压。将受控晶体管连接到放大器电源上就可以完成这个工作。连接到放大器输出和双极高压上的电阻分压器控制这些晶体管(参考文献 1)。图 1 是一些简化电路,表示将放大器连接为反相器或跟随器,以有效增加输出电压的一般方法。

这些简单电路表示将放大器连接成反相器或跟随器以实现增加输出电压的方法

用运放替换晶体管可降低损耗提高主放大器输出电压的质量

使用单个电源可以实现最大的电压范围一个电源用于放大器的普通电压另一个用于输出电压的稳压部分


  R1、R2、R3 和 R4 组成的分压器决定了放大器电源 V'PS 和 ¨CV'PS 的范围。如果输出电压从22V 起,电阻器 R1=R2=R3=R4=R,而 VPS 和 ¨CVPS 为 28V,则在允许任何附加损耗情况下,电压 V'PS 和 -V'PS 都落在下列范围内:V'PS=VPSR2/(R1+R2)+VOUT(¨CVOUT) R1/(R1+R2),和 ¨CV'PS=¨CVPSR3/(R3+R4)+VOUT(¨CVOUT) R4 /

 

(R3+R4) 或3V PS<25V 和¨C3V >¨CV'PS>¨C25V。但是,电源电路中包含的晶体管会产生结电阻,从而影响放大器的工作。

  可以采用支持放大器来降低损耗,增加主放大器的输出电压质量。对支持放大器的要求很简单。它们应有极性相反的电源,施加的电压也低于主电源。它们应能为主放大器提供必需的电能,而它们的频率范围应略高于主放大器。可以用支持性放大器消除电源连接中晶体管的过渡电阻。因此,这些电路为各种放大器结构提供了灵活性(参考文献 2 和参考文献 3)。

  图 2 表示了一个如何将支持放大器接成跟随器的实例。从满足下列方程的电阻连接中获得输出电压 V'PS 和 ¨CV'PS:V'=VPS1R7/(R6+R7)+VOUT(¨CVOUT) R6/(R6+R7), 和 ¨CV'=¨CVPS1R8/(R8+R9)+VOUT(¨CVOUT)R9/(R8+R9)。如果支持放大器的电源 VPS1 为 28V,放大器 IC2 的 ¨CVPS2 为 ¨C2V,则放大器 IC3 的 ¨CVPS1=¨C28V,VPS2=2V,并且放大器 IC1的输出电压VOUT 为24V或¨C24V。获得最大电压范围的方法是分别使用不同的电源,一个电源用于放大器的普通电压,另一个用于输出电压的稳压部分(图 3)。

  IC1 是主放大器,支持放大器 IC2 和 IC3 采用非对称电源。这个电路中可以使用的放大器种类很多,但最好用先进的运算放大器,因为它们可以用到完整的电源范围,并且它们都支持满摆幅的输入和输出。在本电路中,VPS1=28V,¨CVPS1=¨C28V,VPS2=2V 和 ¨CVPS2=¨C2V。

  主放大器的电压为 V'=¨C(¨CVPS1)R6/R7¨C(¨CVPS2)R6/R8+(¨CVOUT)R10/(R9+R10)[R7R8+R6(R7+R8)]/R7R8。此外,¨CV'=¨C(VPS1)R11/R12¨C(VPS2)R11/R13+(¨CVOUT)R15/(R14+R15)[R12R13+R11(R12+R13)]/R12R13。设 R6=R10=R11=R15=R,R7=R8=R12=R13=2R 以及 R9=R14=3R,则 R6/R7=R6/R8=R11/R12=R11/R13=0.5,R10/(R9+R10)=R15/(R14+R15)=0.25 以及 [R7R8+R6(R7+R8)]/R7R8=[R12R13+R11(R12+R13)]/R12R13=2。然后,将这些值代入放大器电压中,得到 V'=14V+1V+(¨CVOUT)0.5,¨CV'=¨C14V ¨C1V+(¨CVOUT)0.5。电源的总电压有 30V 的限制,范围从 1.5 V 至 28.5V 以及从 ¨C1.5 V 至 ¨C28.5V。这个范围允许主放大器的输出电压以27V 增加。

 

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