设计说明

可以使用 DAC 输出端的功率放大器从数模转换器 (DAC) 获取高电流电压输出。为了在放大器性能（如精度、带宽和更高电流）方面具有额外的灵活性，下图所示的电路非常合适。例如，与精密放大器相比，功率放大器通常具有更高的输出失调电压误差。DAC 对输出电压和放大器的增益进行编程。放大器使用负反馈保持输出电压。晶体管向负载提供高电流。在使用不同的交流或直流电压激励测试元件的应用（如存储器和半导体测试设备、LCD 测试设备等）中，此电路很有用。

设计说明

1. 选择具有所需分辨率和输出范围的 DAC。
2. 选择具有低失调电压和低温漂的运算放大器，以更大限度地减小误差。根据输出信号的要求，选择具有足够增益带宽积 (GBW) 的器件。
3. 选择 R₁ 和 R₂，以满足所需的输出电压以及 DAC 输出电压，并且使容差能够保持所需的精度。
4. 选择补偿电容器 C₁，使其大于运算放大器输入的输入电容。
5. 应选择一个可提供所需负载电流并具有高 h_FE 的晶体管，使基极电流远小于运算放大器的输出电流限值。最好使用双极性结型晶体管 (BJT) 达林顿对或高功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)。

设计步骤

1. DAC80501 器件是 16 位、单通道、高性能精密 DAC。DAC80501 器件根据设计具有单调性，并可提供低于 1LSB 的出色线性度。这些器件包括一个 2.5V、5ppm/˚C 内部基准，可提供 1.25V、2.5V 或 5V 的满标度输出电压范围。
2. OPA227 运算放大器兼有低噪声和高精度宽带宽，因此非常适合对交流和精密直流性能有严格要求的应用。OPA227 器件单位增益稳定且具有高压摆率 (2.3V/μs) 和宽带宽 (8MHz)。
3. 可通过以下公式计算输出电压的传递函数：
   

   例如，要获取 5V 的输出电压和 2.5V 的 DAC 输出，请将 R₁ 和 R₂ 都选为 10kΩ。这使得流经反馈网络的静态电流保持为 5V/20kΩ = 250µA。该电流适用于此设计，因为此设计用于高输出电流。在输出电流较低的情况下，可以增大电阻值，使得与输出电流相比，静态电流可以忽略不计。

4. 对于给定的负载电流 I_L，可通过以下公式计算晶体管的基极电流 I_B。
   

   为了获得 10A 的最大负载电流，晶体管的集电极电流 (I_C) 约为 10A（忽略 250µA 的静态电流）。为了保持 I_B 小于 20mA，h_FE 应大于 (10A/20mA) = 500。

5. 通常，补偿电容器 C₁ 不是由固定的公式进行设置的，而是通过在观察输出小信号阶跃响应的同时选择适当值来设置的。通过该示例中的仿真，选择 C₁ ≥ 22pF。

图 1-1 直流传输特性

图 1-2 无补偿时的小信号阶跃响应

图 1-3 C₁ = 22pF 时的小信号阶跃响应

采用功率放大器的替代设计

下图显示了采用功率放大器的替代设计的简化电路图。要从 DAC 获得高电流输出，请使用功率放大器（如 OPA541 器件）。不过，如前所述，该电路可能具有精度和带宽限制。根据系统要求，任何一种电路拓扑都可用于生成高电流输出。该电路的输出传递函数与下图相同。

设计采用的器件和备选器件

主要文件链接

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