- 计算给定 ILOAD 和分流电阻器的增益 (G)。
方程式 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.
方程式 4.
方程式 5.
方程式 6.
- 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.
方程式 8.
方程式 9.
- 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。
- 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.
方程式 11.
方程式 12.
选择一个较为保守的标准电阻值,使得.
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。