求问通用放大器+高压输出级电路分析

ID:708584 · 发表于 2023-11-23 17:52

这个电路是通过一个通用运放放大电压之后，再经过分立元件构建高压输出级将电压放大到更高（±170V），求问这个高压输出级整体的原理是什么样子的呢？各个三极管的作用是什么？
（这个是网上的电路，链接：急，求个高压运算放大器，可以把电压放大到150V左右的_百度知道 (baidu.com)）

ID:123289 · 发表于 2023-11-24 11:09

1、运放输出范围±15V。
2、信号从Q2的C极输出，不会低于Q.B，不会高于VDD，范围在-15V至180V。
3、Q7、Q8组成镜像恒流源（理论上恒流源的内阻=∞），IQ7e = IQ8e ≈IQ8c ,接在Q3的C极，当作负载电阻。
信号从Q3的C极输出，不会低于Q7.E，不会高于Q3.E，范围在-180V至180V。
Q2作用：将输出电压从±15V转移到-15V至VDD。
Q7、Q8作用：组成镜像恒流源，做出一个∞的电阻，利于Q3放大。
Q3作用：将-15V至180V 转移成±180V。

ID:883242 · 发表于 2023-11-24 14:10

Q2是放大电压的核心器件，共射极放大器。

Q3是射随器，只放大电流没有电压放大能力，增大负载驱动能力。

Q7Q8构成恒流源，与Q3配合驱动负载，因为Q3只有“灌”电流能力，那么就需要Q7来“拉”电流。

还有一个至关重要的核心器件C1，因为插入Q2，环路增益过大，会把运放第二个极点拉到0dB以上，这个电路是非常不稳定的，会自激振荡，所以必须要用C1进行频率补偿，代价是系统动态性能变差，但是环路稳定了。

ID:708584 · 发表于 2023-11-24 18:15

yzwzfyz 发表于 2023-11-24 11:09
1、运放输出范围±15V。
2、信号从Q2的C极输出，不会低于Q.B，不会高于VDD，范围在-15V至180V。
3、Q7、Q ...

谢谢大佬！！另外还有一个小问题，Q2在运放输出正弦波负半周的时候不就截止了嘛，那负半周的电压是通过并放大的呢

ID:708584 · 发表于 2023-11-24 18:17

Hephaestus 发表于 2023-11-24 14:10
Q2是放大电压的核心器件，共射极放大器。

Q3是射随器，只放大电流没有电压放大能力，增大负载驱动能力。 ...

谢谢老师！另外还有一个小问题，Q2在运放输出正弦波负半周的时候不就截止了嘛，那负半周的电压是通过并放大的呢。

ID:1034262 · 发表于 2023-11-24 20:41

上面是2级直流耦合放大，下面是恒流源做负载。

ID:883242 · 发表于 2023-11-24 20:46

3116363708 发表于 2023-11-24 18:17
谢谢老师！另外还有一个小问题，Q2在运放输出正弦波负半周的时候不就截止了嘛，那负半周的电压是通过并放 ...

负半周Q2没有截止，而是在控制Q3吸收Q7电流的程度，让Q7给RL输出的负电流恰到好处。

你不要用开环的思路来考虑闭环问题。

ID:1101103 · 发表于 2023-11-25 01:40

通用放大器（Operational Amplifier，简称为Op-Amp）与高压输出级电路的分析涉及到两个主要方面：通用放大器的特性和高压输出级电路的设计。
通用放大器的特性：

1.基本原理： Op-Amp是一种差分放大器，它具有两个输入端（非反馈端和反馈端）和一个输出端。
2.放大倍数： Op-Amp的主要特性之一是具有非常高的开环放大倍数。在实际应用中，通常需要将其作为差分放大器或比例放大器，并通过反馈电路将其放大倍数控制在需要的范围内。
3.输入阻抗和输入偏置电流： Op-Amp的输入阻抗通常非常高，输入偏置电流非常小。这些参数影响着电路的输入特性。
4.共模抑制比（CMRR）： CMRR是衡量Op-Amp对共模信号的抑制能力。对于高精度应用，CMRR通常需要很高。

高压输出级电路的设计：

5.输出级负载：高压输出级电路需要能够驱动负载，因此输出级的设计需要考虑负载的阻抗和功率需求。
6.功率放大器设计：如果需要驱动大功率负载，可能需要设计功率放大器阶段，考虑功率晶体管的选择、散热设计等。
7.过载和保护：考虑设计过载保护电路，以保护电路免受过电流和过压的损害。
8.反馈电路设计：使用适当的反馈电路来稳定电路，并确保高精度的输出。
9.滤波和稳压：在输出级电路中可能需要包含滤波电路以去除高频噪声，并考虑稳压电路以确保输出的稳定性。

ID:965189 · 发表于 2023-11-26 21:45

典型的单端输出电路，Q7Q8恒流源作为Q3的负载，运放信号驱动上半部分Q2Q3，通过改变Q3的内阻而获得放大的脉动的电压输出。

ID:123289 · 发表于 2023-11-27 09:53

说说你担心的负半周。
V3为负不代表U1.6为负。U1.6 = (U1.3 - U1.2) * Av，理想Av =∞ , 实际取1000000也没有问题，所以可以认为 U1.3 = U1.2，这就是虚地、虚短的由来。前提是运放处于放大区！
图中总输出Q7.C，经R12、R11分压后（C11太小略去），U1.2 ≈ 0.1K/100K 缩小了1000倍。
由于输入V3 = 170mVp，U1.3 最小 = -170mV，这时反馈回来的U1.2能不能达到-170mV呢？
答案是能的，这时Q7.C = -170V（前面已计算了1000倍）。注意电源是-180V，具备提供-170V的条件。
如果输入再大，你担心的事才会出现了。

你的担心，问题出在：你感觉输入V3为负，运放输出即为负。概念错了！实际本图输出永远>0.5V。
记住：运放输出U1.6取决于 (U1.3 - U1.2) * Av。
由于Av 趋于∞，所以运放输出只有以下三种情况：
1、U1.3 > U1.2，U1.6 =+∞，由于实际电源的限制，只能 =+E（正饱和）；
2、U1.3 < U1.2，U1.6 = -∞，由于实际电源的限制，只能 = -E（负饱和）；
3、U1.3 = U1.2，U1.6 = C，由于实际电源的限制，C只能在 -E至+E之间取值（放大区）；
本例：C 在 -15V 至+15V之间取值，实际是在0.7V左右很小的范围内变化的一个近似正弦波（电流正弦，电压有非线性变异）。

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