設計說明

可以使用 DAC 輸出端的功率放大器從數模轉換器 (DAC) 獲取高電流電壓輸出。為了在放大器性能（如精度、帶寬和更高電流）方面具有額外的靈活性，下圖所示的電路非常合適。例如，與精密放大器相比，功率放大器通常具有更高的輸出失調電壓誤差。DAC 對輸出電壓和放大器的增益進行編程。放大器使用負反饋保持輸出電壓。晶體管向負載提供高電流。在使用不同的交流或直流電壓激勵測試元件的應用（如存儲器和半導體測試設備、LCD 測試設備等）中，此電路很有用。

設計說明

1. 選擇具有所需分辨率和輸出范圍的 DAC。
2. 選擇具有低失調電壓和低溫漂的運算放大器，以更大限度地減小誤差。根據輸出信號的要求，選擇具有足夠增益帶寬積 (GBW) 的器件。
3. 選擇 R₁ 和 R₂，以滿足所需的輸出電壓以及 DAC 輸出電壓，并且使容差能夠保持所需的精度。
4. 選擇補償電容器 C₁，使其大于運算放大器輸入的輸入電容。
5. 應選擇一個可提供所需負載電流并具有高 h_FE 的晶體管，使基極電流遠小于運算放大器的輸出電流限值。最好使用雙極性結型晶體管 (BJT) 達林頓對或高功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET)。

設計步驟

1. DAC80501 器件是 16 位、單通道、高性能精密 DAC。DAC80501 器件根據設計具有單調性，并可提供低于 1LSB 的出色線性度。這些器件包括一個 2.5V、5ppm/?C 內部基準，可提供 1.25V、2.5V 或 5V 的滿標度輸出電壓范圍。
2. OPA227 運算放大器兼有低噪聲和高精度寬帶寬，因此非常適合對交流和精密直流性能有嚴格要求的應用。OPA227 器件單位增益穩定且具有高壓擺率 (2.3V/μs) 和寬帶寬 (8MHz)。
3. 可通過以下公式計算輸出電壓的傳遞函數：
   

   例如，要獲取 5V 的輸出電壓和 2.5V 的 DAC 輸出，請將 R₁ 和 R₂ 都選為 10kΩ。這使得流經反饋網絡的靜態電流保持為 5V/20kΩ = 250μA。該電流適用于此設計，因為此設計用于高輸出電流。在輸出電流較低的情況下，可以增大電阻值，使得與輸出電流相比，靜態電流可以忽略不計。

4. 對于給定的負載電流 I_L，可通過以下公式計算晶體管的基極電流 I_B。
   

   為了獲得 10A 的最大負載電流，晶體管的集電極電流 (I_C) 約為 10A（忽略 250μA 的靜態電流）。為了保持 I_B 小于 20mA，h_FE 應大于 (10A/20mA) = 500。

5. 通常，補償電容器 C₁ 不是由固定的公式進行設置的，而是通過在觀察輸出小信號階躍響應的同時選擇適當值來設置的。通過該示例中的仿真，選擇 C₁ ≥ 22pF。

采用功率放大器的替代設計

下圖顯示了采用功率放大器的替代設計的簡化電路圖。要從 DAC 獲得高電流輸出，請使用功率放大器（如 OPA541 器件）。不過，如前所述，該電路可能具有精度和帶寬限制。根據系統要求，任何一種電路拓撲都可用于生成高電流輸出。該電路的輸出傳遞函數與下圖相同。

設計采用的器件和備選器件

主要文件鏈接

德州儀器 (TI)，SBAM417 源文件，軟件支持