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模擬電荷泵使用多個運算放大器產(chǎn)生高頻高壓脈沖

電子設(shè)計 ? 來源:edn ? 作者:GAVIN WATKINS ? 2021-03-15 11:56 ? 次閱讀

最近的一個項目評估了用于5G的動態(tài)負載調(diào)制(DLM)RF功率放大器的可行性。DLM放大器通常在其輸出網(wǎng)絡(luò)中使用高壓變?nèi)?a target="_blank">二極管,這些二極管需要由高速大線性電壓脈沖驅(qū)動。

脈沖需要具有+ 80V的峰值電壓并進行直流耦合,因此無需使用變壓器。該電路也必須是線性的,以便在其輸出端精確地重現(xiàn)輸入脈沖的形狀。傳統(tǒng)的運算放大器無法產(chǎn)生較大的輸出電壓擺幅,當(dāng)然不能在高頻下產(chǎn)生。盡管存在一些混合模塊,例如Apex Microtechnology的混合模塊,但它們具有很高的電流消耗,無法滿足項目要求。

圖1所示的電路是受電容電荷泵電路1啟發(fā)的,電容性電荷泵電路1廣泛用于電源中以產(chǎn)生高電壓或負電壓。圖1使用運算放大器代替開關(guān)來實現(xiàn)線性工作。該設(shè)計使用三個階段,但是可以級聯(lián)更多的階段以獲得更高的輸出電壓。

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圖1該模擬電荷泵使用運算放大器代替開關(guān)來實現(xiàn)線性工作。

理論上,用+ 30V電源產(chǎn)生90V電壓擺幅只需三個階段。但是,實際上,由于二極管的電壓降和運算放大器輸出級的限制,這是不可能的。設(shè)計中使用的LM6171運算放大器的最大輸入和輸出電壓必須限制在其電源軌電壓以下2V,以防止發(fā)生閂鎖。不幸的是,當(dāng)前無法在軌電壓大于12V的情況下實現(xiàn)全軌擺幅的高速運算放大器。為了適應(yīng)這一限制,設(shè)計中已加入了壓降,這將運算放大器的輸出擺幅限制在6V至76V之間。

用您獨特的設(shè)計讓工程界贊嘆不已:設(shè)計理念提交指南

在圖1中,放大器IC1的增益為8.3 V / V,以將輸入信號放大至峰峰值為26V。這驅(qū)動C1,其與D1形成電荷泵。它們?yōu)镮C2提供電源電壓。差分放大器IC2感應(yīng)其自身電源電壓與+ 30V電源之間的差異。當(dāng)IC1的輸出上升時,IC2也會檢測到并上升,從而以1.9V / V的增益有效地放大了IC1的輸出。其輸出在4V至54V之間擺動。IC3執(zhí)行類似的操作及其相關(guān)電路。通過檢查最小和最大輸出電壓擺幅下的電路電壓來計算電阻值。

結(jié)果示例如圖2所示,其中輸入是一個100 kHz脈沖,上升和下降時間為1 s。輸出線性跟蹤輸入至6至72.8V的峰值擺幅。如前所述,該電路用于驅(qū)動變?nèi)荻O管,該二極管具有高阻抗,因此驅(qū)動它們所需的電流很小,并且在LM6171s的能力范圍內(nèi)。

圖2模擬電荷泵的測量輸入(Vin)和輸出(Vout)波形。

如有必要,可通過并聯(lián)使用多個運算放大器來增加輸出電流。2這種設(shè)計的一個缺點是,輸出必須保持低電平足夠長的時間,以使電容器完全充電,這樣它們才能在峰值期間提供足夠的電流。

參考

Newnes Electronics Circuit Pocket Book,Marston,R.,ISBN 0750608579,第159-162頁。

瑞薩電子應(yīng)用筆記AN1111:“利用雙運放將輸出電流加倍至負載”,瑞薩電子應(yīng)用筆記AN1111。

編輯:hfy

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