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高速高压放大器的考虑因素以及容性负载对输出的影响

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浏览:次 2017-06-07 10:10:48

高速高压放大器的考虑因素以及容性负载对输出的影响 高速高压放大器的考虑因素以及容性负载对输出的影响 高速高压放大器的斟酌因素和容性负载对输出的影响电压放大器是配合信号源(信号产生器)的理想工具,通过简单的装备连接,可以拓展信号源的输入电压幅度范围。典型的信号源输入范围都是10Vpp,而在MEMS、光电、超声等研究和利用领域,这样的电压幅度常常不能满足要求,因此用到电压放大器。而随着系统、装备处理速度的提高,高压放大器1般都有高速响应特性。高电压放大器的快速响应特性不但体现在带宽和压摆率,也与最大输出电流、负载的电容特性等密切相干。本文先容如何根据用户需求,选择适合的高速高压放大器。关键词:高压放大器,电压放大器,带宽,压摆率,电容性负载主要技术指标:带宽和压摆率描写高速高电压放大器基本特性的主要指标有:带宽(包括“大信号带宽”和“小信号带宽”)和压摆率。&ldq 高速高压放大器的斟酌因素和容性负载对输出的影响
电压放大器是配合信号源(信号产生器)的液压式压力试验机理想工具,通过简单的装备连接,可以拓展信号源的输入电压幅度范围。典型的信号源输入范围都是10电脑式环压边压强度试验机Vpp,而在MEMS、光薄膜摩擦系数试验机电、超声等研手机自由跌落试验机究和利用领域,这样的电压幅度常常不能满足要求,因此用到电压放大器。而随着系统、装备处理速度的提高,高压放大器1般都有高速响应特性。
高电压放大器的快速响应特性不但体现在带宽和压摆率,也与最大输出电流、负载的电容特性等密切相干抗拉强度试验机。本文先容如何根据用户需求,选择适合的高速高压放大器。
关键词:高压放大器,电压放大器,带宽,压摆率,电容性负载
主要技术指标:带宽和压摆率
描写高速高电压放大器基本特性的主要指标有:带宽(包括“大信号带宽”和“小信号带宽”)和压摆率。
“大信号带宽”描写的是,we160钢筋弯曲试验机在灭火器水压试验机大信号输入条件下,放大器的输出电压幅度电液式万能试验机随频率变化的关系。从图中大家可以看到,当超过某1个频点时,放大器的最大输出电压会迅速降落;输出电压下降到“最大电压的0.707倍”时的频点,就称之为3dB带宽(功率下降3dB);另外还有1种表示方式,即0.1dB带宽(功率下降0.1dB座椅复合耐久试验机),在这个频点1220s全自动插拔力试验机的输出电压是“最大电压的0.98倍”(正由于如此,0.1dB带宽也被称之为“满功率带宽”,而3dB带宽被称为“半功率带宽”)。因而可知,0.1dB带宽的数值要小于3dB带宽。
除大信号带宽以外,还有1种带宽的指标,即“小信号带宽”。顾名思义,小信号带宽是指放大器在小信号条件下,输出电压和频率之间的关系。小信号带宽也能够用3dB带宽和0.1dB带宽两种方式来表示。
明白了带宽的几种表示情势以后,读者就能够根据实验要求,准确的选择所需的放大器型号了。需要注意的是,不同厂家、不同型号描写带宽的方式都各不相同,因此在选择的时候最好与厂家联系,询问指标的具体表示方式。

图1-大信号带宽和小信105mpa气密封试验机号带宽
“阶跃响应”和“压摆率”都是描写放大器响应速度的指标。“阶跃响应”是指放大器输出脉冲从10%上升到90%所需要的时间,单位是秒(通常都在微秒,即10⑹秒量级);“压摆率”描写输出电压的上升(或降落)速度,即单位时间内输出电压上升(或降落)的幅度,单位是“V/uS”(伏每微秒)。
这两个指标都描写了放大环境万能试验机器产生快速脉冲、快速方波的摩擦磨损性能试验机能力,与此同时新型万能摩擦磨损试验机同时也是带宽的限制因素。下面结合图形来讲明这两个指标和带宽的关系。
从图4大家可以看出,对正弦波而言,上升速度最快的阶段是在0V附近;随汽车线耐磨试验机着频率的升高,波形在0V附近的上升速度越快(波形越陡)。这就要求放大器提供快速的电压上升,否则就会在0V附近产生波形失真,而失真的极端情况就是输出波形将会畸变成3角波、并且输出幅热压成型试验机度被紧缩。

图2-阶跃响应和压摆率(图中10%⑼0%的阶跃响应是2.8us;压摆率是80V/2.8μs = 29V/μs)

图3-不同压摆率下的输出结果(顺次是:无失真放大、有波形失真、波形完全变形)

图4粘结力试验机-压摆率与频率的关系(频率越高,波形上升速度的要求越高)
电容性负载带来的压摆率下降
上述的讨论是假定负载端不会影响放大器的输出,即纯电阻负载(或弱容性负载)。但实际上,电压放大器所驱动的典型负载,例如压电器件、光电传感器乃至同轴电缆等,都自锁螺母扭力试验机是高度容性的器件。
当电压放大器的输出电压到达1定幅度时,输出端所连接的负载(等效电路为电容)两传动轴疲劳试验机端就施加了相应幅度的电压(等效为电容充电),如图5。如果放大器有输出电流限制(保护),最大电流不超过IL,此时负载(等效电容)就会以1定的速度进行充电。此时单位时间内的电压上升(降落) 的幅度,即压摆率就表示为SA= IL线材弯折试验机线材扭转试验机/C;对高度容性的负载来讲,此时的压摆率比纯电阻负载的压摆率小的多;那末相应的正弦波hzj直径600立式型砂轮回转试验机的带宽也会变小。

图5-容性负载会改变压摆率
典型放大器的等效电路都会包括1个通用运算放大器模型,如图6。当放大器输出端连接容性负载时,由于电容的充电效应,输出电压会产生延迟。这就意味着运放的负输入端双数显控制材料试验机(-) 的电压也有延迟 ,这时候在运放正负输入端就构成了相位差。在特定频点时,运放输入真个相位差会造成输出信号的谐波失真,包括寄生波形、 谐振波形、溢出波形等等。
理论上,当任何放大器接电容性负载电子式纸张拉力试验机时,都会出现特定频率下没法正常工作的情况。为了解决这1问题,可以在放大器的设计电路中增加1个2级放大电子环刚度包装夹持试验机试验机器,使电容端口与运放的正负端口隔离,如图8。
图6-典型电压放大器等效电路图(电容端与运放负输入相连)

图汗渍色牢度试验机7-特定频率下的谐波模式

图8-改进的放大器等效电路图(电容端与运放负输入隔离)

实际测试案例:电压放大器实测数据
接下来,大家结合实际电压放大器的技术指标、测试数据来回顾1下上述先容的原理。以华贺企业代理的荷兰法科企业高速高电压放大器WMA⑶00为例,WMA⑶00适用于需要高速、高频率的利用,带宽高达5MHz (3dB大信号带宽) ,压摆率可以到达2000V/µs。WMA⑶00的典型利用是用于MEMS (微电机系统) 驱动或光电传感器驱动,在这些利用领域中,同轴电缆、驱动器件都是典型的电容性负载 (同轴线的典型电容值软管挠曲试验机大约100pF,传感器的典型电容值大约10nF) 。
WMA⑶00的大信号带宽响应如图10所示 (最大输出电压300Vpp) ,由示波器测试得到的压摆率如图11。从技术指标和实测数据都能看出,WMA⑶00可以理想的输出100KHz/300Vpp方波;图12是实际测试的图形,可见上升/降落沿的波形都很理想。
而当大家在输出端增加电容性负载以后,输出波形的压摆率逐步变化,如图13。当电容值是150pF时,压摆率保持不变;而当电容值增加到nF量级的时候,压摆率就明显降落,使放大器的工作频率下降。
由于WMA⑶00采取的是改进的等效电路图(图8),因此在各个频率下都没有出现明显的谐波。

图9(左)-华贺企业代理的荷兰法科企业WMA⑶00型高速高压放大器
图10(右)-WMA⑶00的大信号带宽

图11(左) WMA⑶00的阶跃响应是125弹射试验机ns;压摆率是1920V/&sino曲轴扭转疲劳试验机mi水泥恒应力试验机cro;s.
图12(薄膜剥离强度试验机右)-在纯电阻负载时,WMA⑶00输出的300Vpp/100KHz方波
图13-不同容性的负载对输出端压摆率的影响
结论:
在选择高压放大器时,首先需要斟酌利用的输出电压、带宽和压摆率;除此以外还要斟酌负载的电容性,和由负载电容性带来的压摆率/带宽降落;最后,要了解放大器的设计,有无电容稳定性功能(消除谐波失真)。综合斟酌上述所有因素,才能选择出11000kn高频材料拉伸疲劳试验机款最适合的放大器。
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