针对容性负载的线性功率放大电路的稳定性设计

摘要：针对容性负载，从线性功率放大电路稳定性设计的角度，以某压电执行器为研究对象，通过分析相关的设计指标，选择出适用的功率运算放大器；运用噪声增益和反馈零点这两种相位补法，提高了电路的稳定性，避免了超调和振荡，通过理论计算、模型仿真、实物检测相结合的方式，逐步地验证了所做的稳定性设计是有效的、可行的。
关键词：容性负载；压电执行器；驱动电源；放大电路；相位补偿；Spice

0 引言
线性功率放大电路在压电材料的驱动、光电管、光谱仪、微机电、纳米工程等方面都有着广泛的应用空间，由于该类应用通常为高精度场合，因此，要求放大电路具有良好的稳定性。其中，压电执行器是利用逆压电效应，通过功率放大电路，以驱动容性压电负载，因此，在设计时必须考虑到容性负载的技术特点和压电执行器的应用要求。

如表1所示，某压电执行器要求在±200 V的直流电源作用下，在±10 V的输入电压范围内，能够输出360 V的电压峰峰值，其工作频率从直流至10 kHz。容性压电负载可以等效为10．6 nF的电容，电路工作环境为25℃，且只采用空气对流冷却。

1 功率放大器的选择
功率放大器的选择步骤：
第一步：利用最高频率和最大电压摆幅，计算大信号响应下的转换速率。为了能够跟踪上给定的频率和输出振幅下的正弦波，所需转换速率S．R：

第二步：在最高频率下，容性负载会产生最大电流，可以采用两种方法得到输出电流峰值Iop：
方法一：

第四步：如表2所示，针对放大器的设计指标，选择适用的功率运算放大器。

如图1所示，由PA85的参数可知，当输出电流为±200 mA时，在最坏情况下的饱和压降为10 V。因此，可以满足输出电流峰值为120 mA时，输出电压峰值为180 V的设计指标。

如图2所示，由PA85的功率响应可知，无论补偿电容Cc选择为图中任何三种数值，在10 kHz的频率以下，输出电压都处在360 V的峰峰值范围内，因此，满足设计指标。