大电流型功率放大器PA04及其应用

1　概述

　　PA04是美国APEX公司推出的一种场效应管功率运算放大器，它具有工作电压高（200V）、输出电流大（20A）、高转换速率（50V／μs）、低失真等特点。

　　PA04的使用很灵活。休眠方式可保护整个放大器，在待机操作或负载保护时允许很低的静态电流。它的增强电压输入（VBOOST）允许运放在小信号段工作在较高的电压下，而不需要有较高的输出电流；PA04具有四线传感技术精确限流方式，而不需要考虑在输出线内部或外部连接毫欧级的相干电阻。

　　PA04采用12脚双列直插（DIP）封装，密封性好，且在内部互相绝缘。其引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：

1脚（－INPUT）：负输入端；
2脚（＋INPUT）：正输入端；
3脚、4脚（COMP）：相位补偿；
5脚（－VBOOST）：负增强电压输入；
6脚（OUTPUT）：负电源；
7脚（－Supply）：输出端；
8脚（＋Supply）：正电源；
9脚（＋VBOOST）：正增强电压输入；
10脚、11脚（CURRENT、LIMIT）：限流反馈输入；
12脚：休眠控制端。

　　当不采用增强电压输入时，可将5脚、6脚以及8脚、9脚分别短路。

2　工作原理 

　　PA04为大电流功率放大器。由于其输出电流比较大，因而在设置和使用方面与普通的功率放大器有很多不同。这里就PA04的工作原理以及其在应用时外部电路需要注意的问题和遵循的原则做一些介绍。

2.1 限流和限流电阻

　　PA04的引脚10和引脚11用于电流反馈输入时的连接电路如图2所示，图中，引脚11与放大器的输出端直接连接，引脚10与限流电阻连接。这样连接的好处是可以旁路其它任何寄生阻抗。限流电阻必须接在图2所示的位置。其大小可以通过下式计算：

RCL＝0.76／ILIMIT

2.2 休眠工作方式

　　在休眠工作方式下，PA04的引脚12与脚9连接时，放大器内部停止工作，此时整个放大器将处于休眠状态。休眠时大约有3mA的电流流过引脚12.当不使用休眠方式时，应将引脚12悬空。

　　休眠电路可以有很多种，图3所示就是一个休眠电路。电路左端逻辑输入信号为差模信号，利用三极管导通和截止的特性可实现引脚9和引脚12的断开或连接控制。

2.3 增强电压输入

　　PA04的引脚5和引脚9为增强电压输入（VBOOST）脚，有增强电压输入管脚的放大器一般多数工作于高压状态而很少在大电流状态。因此，＋VBOOST管脚（引脚9）和－VBOOST管脚（引脚5）一般被连接到放大器的小信号电路上，＋Vs（引脚8）和－Vs（引脚6）则被连接到大电流输出端。而当需要输出电压接近电源电压时（即降低管压降），可在VBOOST管脚外加5V电压（即VBOOST＝VS＋5）以使小信号驱动输出晶体管饱和，同时这样也可以改善输出电压的浮动。如果不需要改善输出电压浮动，＋VBOOST管脚和＋Vs管脚、－VBOOST管脚和－Vs管脚必须分别连接到一起，而且VBOOST管脚电压一定不能低于Vs管脚电压。

VBOOST＝VS和VBOOST＝VS＋5时的输出电压浮动与输出电流的关系如图4所示。

2.4 相位补偿

　　PA04的相位补偿可通过外接补偿电容和补偿电阻来实现。外部补偿电容和补偿电阻可接在引脚3和引脚4之间，如图5所示。

　　Rc和Cc的取值可根据总体增益的大小来确定，详见表1.

表1 补偿电容和补偿电阻的取值

Gain	Rc	Cc
1	470pF	120Ω
>3	220pF	120Ω
≥10	100pF	120Ω

3　典型应用

　　图6是使用PA04设计的声纳换能器的驱动电路。该电路的信号源部分由超声波驱动器提供。利用PA04的高功率带宽和高输出电压性能，并通过图示电路和相匹配的调节变压器可驱动声纳换能器。该系统的负载电路为阻性电路。但当控制逻辑在休眠状态时应关断运放。

4　结束语

　　PA04以其体积小、功率频带宽、输出功率大等特点而在电机驱动器、声纳换能器、可编程控制电源等场合得到广泛的应用。由于该器件为场效应管器件，对静电的影响非常敏感，因此，在使用和存放时都应该注意防静电，以免对器件造成损坏。