高壓放大器穩(wěn)定性與振鈴

在實(shí)際的操作使用中，高壓驅(qū)動電路時遇到了穩(wěn)定性問題：輸出波形出現(xiàn) 振蕩或振鈴。且高壓放大器本身帶寬有限、壓擺率受限，驅(qū)動容性負(fù)載時矛盾 會更突出。從物理本質(zhì)講清楚：相位裕度不足是根源。

首先相位裕度與響應(yīng)的關(guān)系如下：

相位裕度 > 60°：非常穩(wěn)定，單調(diào)響應(yīng)，無振鈴（速度慢）。

相位裕度 ≈ 45°：輕微過沖，快速穩(wěn)定（性能佳）。

相位裕度 < 45°：出現(xiàn)明顯振鈴。

相位裕度 ≈ 0°：電路產(chǎn)生自激振蕩，不穩(wěn)定。

其次，當(dāng)高壓放大器驅(qū)動容性/感性負(fù)載時，附加相移的引入，從而減少 了相位裕度。

①驅(qū)動容性負(fù)載

原理：容性負(fù)載（如壓電陶瓷、長電纜、探頭）會在放大器輸出端引入一 個極點(diǎn)（低通濾波效應(yīng)）。這個極點(diǎn)會產(chǎn)生額外的-90°相移。

后果：放大器輸出阻抗（Ro）與負(fù)載電容（Cl）構(gòu)成的這個Ro * Cl極點(diǎn)， 直接吞噬了相位裕度。如果該極點(diǎn)頻率落在環(huán)路增益帶寬附近，相位裕度會急 劇下降，導(dǎo)致嚴(yán)重振鈴甚至振蕩。

而高壓放大器為了驅(qū)動高電壓，輸出級晶體管更大，其輸出阻抗 (Ro)通常比普通運(yùn)放更高，這使得Ro * Cl極點(diǎn)頻率更低，對容性負(fù)載更加敏感。

②驅(qū)動感性負(fù)載 原理：連接負(fù)載的長導(dǎo)線具有寄生電感。電流的快速變化（高壓擺率）會 在寄生電感上產(chǎn)生感應(yīng)電壓V = L * di/dt。

后果：這個感應(yīng)電壓會反饋回放大器的輸出級或通過地線耦合，干擾控制 環(huán)路，引入額外的相移和振鈴。 若使用高壓放大器驅(qū)動容性/感性負(fù)載時，以下是解決穩(wěn)定性問題和抑制 振鈴的方法：

①引用輸出隔離電阻- 有效、常用

在放大器的輸出端和容性負(fù)載之間串聯(lián)一個小的電阻R（通常為幾歐姆到 幾十歐姆）。 原理如下：

首先，串聯(lián)電阻R將容性負(fù)載C與放大器的輸出級隔離開。

其次，放大器看到的負(fù)載不再是純?nèi)菪?，而是R和C的串聯(lián)，其阻抗在高 頻時會趨于R，避免了相位的急劇變化。

再者，R與C形成了一個新的零點(diǎn)，有助于補(bǔ)償相位。

缺點(diǎn)：會在電阻上產(chǎn)生壓降：輸出電流*串聯(lián)電阻，導(dǎo)致輸出電壓在帶載 時略有下降（尤其是在需要大電流時）。

②優(yōu)化輸出環(huán)路

1、縮短輸出走線：盡量減少輸出引腳到負(fù)載的連接距離，減小寄生電感。

2、星型接地：將反饋網(wǎng)絡(luò)的地、輸出地、電源地等在一點(diǎn)連接，避免地 線噪聲耦合。

3、屏蔽與隔離：對敏感的高阻抗節(jié)點(diǎn)進(jìn)行屏蔽。

③選擇專用的容性負(fù)載驅(qū)動放大器 一些高性能的高壓放大器內(nèi)部已經(jīng)做了優(yōu)化，具有更低的輸出阻抗和更強(qiáng) 的容性負(fù)載驅(qū)動能力

產(chǎn)品選型、資料、操作視頻 歡迎隨時聯(lián)系

PINTECH品致