基于线性电源的高压放大器

2019-11-03 10:03:27

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供稿：网友

钟清华，黄伟强，李子升

华南师范大学物理与电信工程学院广东广州510631

　　摘　要：介绍基于线性电源的高压放大器的实现，他具有宽范围的电压输出、波形质量好的特点，降低了对器件耐压的要求，可用于实现压电陶瓷驱动器、高电压扫描电源以及高压功率源等应用。

　　关键词：高压放大器；线性电源；扫描电源；功率源

　　Abstract： This paper describes the design of a high voltage amplifier based on linear powe r supplyIt has the charaterestics of high voltage output and high quality wave formIt can be used in the application of driving PZT，high voltage scanning po wer supply and high voltage power source,etc

　　KeyWords：high voltage amplifier;linear power supply;scannin g power supply;power source

　　1引言

　　高压放大器广泛应用于扫描隧道显微镜、扫描探针显微镜、磁阻效应测试仪等各种自动测量仪表，也可以用于核磁共振、等离子体探针测试等许多实验中。高压放大器通常采用高耐压器件构成的功率放大器来实现，也可采用高压运算放大器电路实现。但高压输出要求器件具有很高的耐压性能，放大器的制作成本较高。

　　串联型直流稳压电源实质上是高质量的大功率直流线性放大器，其输出电压幅度由基准电压和取样电路的分压比来决定。如果线性地改变基准电压的大小，则可线性地改变输出电压。传统的直流稳压电路采用了电压串联负反馈的接法，其输出电压V=(1+Rf/R1)Vref，通过控制参考电压Vref可以实现输出电压的数字控制。本文采用改进的线性电源实现高压放大器，他具有宽范围的电压输出、波形质量好等特点，降低了对器件耐压的要求，可用于实现压电陶瓷驱动器、高电压扫描电源等应用。

　　2基于线性电源的高压放大器

　　采用如图1所示的高电压放大器可以克服器件的耐压要求。以调整管Q1的源极输出（普通稳压电源的正输出端）作为参考地，输入电压的负端作为高电压放大器的输出端。运算放大器A采用外接正负5V的双电源供电，其反相输入端通过电阻R5连接电源地，同相输入端（为虚地）通过电阻连接输入控制信号Vin和放大器的输出端Vout，此时运算放大器输出端的电位很低。电路中的有源器件只有场效应管Q1的漏源极之间接入了高电压，可选耐500 V高压的功率场效应管IRF840。运算放大器由于工作在低压状态，采用低压的超低失调电压运算放大器OP77，而不需复杂的高压保护措施。为了实现放大器输出电流的控制，采用了Q2和R2构成的限流电路，用以保护Q1的安全。

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　　图1的整个电路可以等效为一个引入电压并联负反馈的反相比例放大器（组合放大器），简化如图2所示。输入信号经R3送至组合放大器的反相输入端（等效），R4为电路的反馈电阻，输出与输入存在下式的关系：

　　Vout=－(R4/R3) Vin=－80 Vin

　　当输入信号为0~5 V时，输出信号为0~－400 V。

　　3高压放大器的应用

　　3.1构建宽范围数控扫描电源

　　为了获得双极性信号的放大，可以将2个高电压放大器接成桥式接法，输入电压采取互补的方式：当一路的输入电压值为Vin时，另一路的输入电压取5-Vin ，两路电源的输入电压和为5 V，电路如图3所示。

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　　当D/A输出电压为2.5 V时，两路高电压放大器的输入控制电压均为2.5 V，此时扫描电源的输出电压，即两路高电压放大器的输出电压差值(VO2-VO1)为0；当D/A输出电压为5 V时，一路高电压放大器的输入控制电压为5 V，另一路的输入控制电压为0 V，扫描电源的输出电压（VO2-VO1）为正最大值（400 V）；当D /A输出为0 V时，一路高电压放大器的输入控制电压为0 V，另一路的输入电压为5 V，扫描电源的输出电压（VO2-VO1）为负最大值（-400 V）。输入输出波形如图4所示。这样只需采用一路D/A，单片机向D/A输出有符号数就可以方便地控制两路高压可调电源实现双极性输出。3.2构建高压测试信号源

　　前述的高压放大器为单极性放大器，对交流信号放大时，则需进行电平变换，电路原理如图5所示。先将输入的交流信号变换成两路互补的直流信号，然后分别经高压放大器放大，输出电压为两路高压放大器输出电压的差。这样，将低压输出的信号源与高压放大器结合起来，就可构建高压测试用的信号源。

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　　4结语

　　基于线性电源的高压放大器能够输出可达800 V峰峰值的电压。通过计算机输出控制电压，高压放大器可以方便地实现宽范围的扫描电源，其输出具有很高的纹波抑制能力和电压稳定度。同时，通过将任意波形发生器与高压放大器结合起来。可以实现很高输出幅度的调节，可用作各种高压测试的功率源。

　　参考文献

　　［1］ Fikri Muhammad Multichannel 1.1kV arbitrary waveform generator for b eam steering using ferroelectric device［J］.IEEE Photonics Technology Letters , Vol14, No11, November 2002.

　　［2］康士秀.用于铁磁共振的扫场电源［J］.物理实验，2000，20(10).

　　［3］康华光.电子技术基础模拟部分(第3版）［M］.北京：高等教育出版社，1999.

　　
摘自《现代电子技术》

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