大電流型功率放大器PA04及其應(yīng)用

1　概述

PA04是美國APEX公司推出的一種場效應(yīng)管功率運算放大器，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。

PA04的使用很靈活。休眠方式可保護整個放大器，在待機操作或負(fù)載保護時允許很低的靜態(tài)電流。它的增強電壓輸入（VBOOST）允許運放在小信號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（＋INPUT）：正輸入端；
3腳、4腳（COMP）：相位補償；
5腳（－VBOOST）：負(fù)增強電壓輸入；
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)不采用增強電壓輸入時，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)用時外部電路需要注意的問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。其大小可以通過下式計算：

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，放大器內(nèi)部停止工作，此時整個放大器將處于休眠狀態(tài)。休眠時大約有3mA的電流流過引腳12.當(dāng)不使用休眠方式時，應(yīng)將引腳12懸空。

休眠電路可以有很多種，圖3所示就是一個休眠電路。電路左端邏輯輸入信號為差模信號，利用三極管導(dǎo)通和截止的特性可實現(xiàn)引腳9和引腳12的斷開或連接控制。

2.3 增強電壓輸入

PA04的引腳5和引腳9為增強電壓輸入（VBOOST）腳，有增強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（即降低管壓降），可在VBOOST管腳外加5V電壓（即VBOOST＝VS＋5）以使小信號驅(qū)動輸出晶體管飽和，同時這樣也可以改善輸出電壓的浮動。如果不需要改善輸出電壓浮動，＋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時的輸出電壓浮動與輸出電流的關(guān)系如圖4所示。

2.4 相位補償

PA04的相位補償可通過外接補償電容和補償電阻來實現(xiàn)。外部補償電容和補償電阻可接在引腳3和引腳4之間，如圖5所示。

Rc和Cc的取值可根據(jù)總體增益的大小來確定，詳見表1.

表1 補償電容和補償電阻的取值
GainRcCc1470pF120Ω>3220pF120Ω≥10100pF120Ω
3　典型應(yīng)用

圖6是使用PA04設(shè)計的聲納換能器的驅(qū)動電路。該電路的信號源部分由超聲波驅(qū)動器提供。利用PA04的高功率帶寬和高輸出電壓性能，并通過圖示電路和相匹配的調(diào)節(jié)變壓器可驅(qū)動聲納換能器。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)時應(yīng)關(guān)斷運放。

4　結(jié)束語

PA04以其體積小、功率頻帶寬、輸出功率大等特點而在電機驅(qū)動器、聲納換能器、可編程控制電源等場合得到廣泛的應(yīng)用。由于該器件為場效應(yīng)管器件，對靜電的影響非常敏感，因此，在使用和存放時都應(yīng)該注意防靜電，以免對器件造成損壞。