ZHDA348 October   2026 OPA591 , OPA596

 

  1.   1
  2.   设计目标
  3.   设计说明
  4.   设计说明
  5.   设计步骤
  6.   设计仿真结果
  7.   设计测量结果
  8.   目标应用
  9.   设计特色器件
  10.   设计替代器件
  11.   设计参考资料
  12. 1其他资源
  13.   商标

设计步骤

  1. 计算给定 ILOAD 和分流电阻器的增益 (G)。
    方程式 2. G=ILOAD×RSHUNTVIN=600mA×10Ω5V=1.2V/V
  2. 确保 VOUT 处于运算放大器相对于电源轨的输出电压摆幅范围内,即 VOUT_MIN 至 VOUT_MAX 之间。
    方程式 3. VOUT_MIN<VOUT<VOUT_MAX
    方程式 4. VOUT=ILOAD×RL+VSHUNT
    方程式 5. VOUT=0+600mA×100Ω+6V
    方程式 6. VOUT=66V
  3. 计算电路的输出功率,并选择具有适当功率耗散能力的 MOSFET。输出 FET 的功率将随负载、输出电压和电源电压变化而变化。对于连接电阻性负载且负载以地为参考的方波输出,可使用以下公式计算平均功率:

    TINA-TI 仿真结果显示,最大输出功率约为 22W。请注意,放大器本身的功耗要低得多,约为 400mW,这体现了该电路配置的优势。选择功率耗散能力大于 30W 的 MOSFET,例如 FDD5N50,其功率耗散能力至少为 50W。在电阻性负载条件下,可以使用以下公式计算输出级的最大功耗。注意,功耗会随负载类型(电阻型负载与电流型负载)的不同而变化。更多详情请参阅关于功率与温度的 TIPL 培训。

    方程式 7. P A V G = V O U T 2 R L × D U T Y _ C Y C L E
    方程式 8. P A V G = ( 66 V ) 2 100 Ω × 0.5
    方程式 9. P A V G = 21 . 78 W
  4. 选择合适的零交越电阻 (RZCO),以便在 MOSFET 关断时仍能为电路提供足够的驱动电流。选择 RZCO 时要考虑一些权衡因素。RZCO 的阻值必须足够高,以避免触发放大器的电流限制,但同时也要足够低,以尽量降低噪声和交越失真。当与电容负载配合使用时,较大的 RZCO 会导致瞬态响应变慢。但是,较大的 RZCO 会降低功率耗散。

    RZCO 的值可通过仿真以迭代方式确定。以下结果表明,电阻值低于 100Ω 时,无法充分驱动该环路。采用 499Ω 电阻时,驱动电流为 10.29mA;采用 1kΩ 电阻时,驱动电流为 5.14mA。1kΩ 电阻产生的热噪声约为 4nV/√Hz,低于运算放大器的电压噪声 (13nV/√Hz)。因此,1kΩ 是 RZCO 的良好选择,能在电压噪声和低功耗两方面达到较优的平衡。

  5. 根据所选 MOSFET 或 BJT 的 VTH 计算分压器电阻值。为尽量降低 VCC 和 VEE 电源的功耗,应为 R5 选择较大的电阻值。

已知:R5 = 60.4kΩ。

根据 FDD5N50 数据表,3V < VGS(th) < 5V。

通过选择合适的 R6,使 VGS(th) = 3V,从而优化电阻分压网络。

将 VGS 设置为标称值 3V,以在不引起交叉导通的情况下优化交越失真。

方程式 10. VGS=R6R5+R6×VCC
方程式 11. 3V=R660.4kΩ+R6×85V
方程式 12. R6=2209.76Ω

选择一个较为保守的标准电阻值,使得R6=R7 = 2kΩ.

可以根据经验进一步优化 R6 和 R7 以改善交越失真,因为所选 MOSFET 的各个 VGS(th) 值会因工艺差异而有所变化。