DIY SMU的功率放大电路粗略解析(简单写写，不准备详细解释)

在Dave Erickson的网站上：Dave Erickson DIY SMU Source Measure Unit Project (djerickson.com)，提供了DIY SMU所需要的全部资料。

这里对他提供的功率放大电路的仿真电路做一点点修改，然后粗略的做一个解析。简单修改后的功率放大电路如下图所示：

 

U8看起来像不像一个缓冲器？哈哈哈哈，真的不是缓冲器，因为U8实际上等效于“输出接地”。咋等效的？好奇不？

好奇的话，请查看《模拟电路设计手册晋级应用指南》，看一下Dale Eagar的图36.78到图36.82，不过建议看英文版的，不要看中文版。在为毕业不需要四六级而欢呼的时候，是否会想到有一天英文资料就像加密文件一样？而很多资料的中文翻译，似乎也和加密的英文一样，认识每一个汉字，组合起来比文言文还难懂。比如什么叫“中止型”，哈哈哈哈，能让人笑出眼泪。英文原文是“SUSPENDED"，应该取它“悬挂，悬浮”之意。结合这本书的图36.81，可以理解了，U8实际上是一个“CONVENTIONAL”的反相放大电路，放大倍数是-R25/R24。笔者喜欢将这种结构称为“浮地”。

这个电路第一个难点就是理解“浮地”这个用法。如果能够看懂U8是反相放大电路，那么DIY SMU的恒压结构基本就很容易理解了。不理解，那只能仔细的看一看《Analog Circuit Design Volume 2 Immersion in the Black Art of Analog Design》，Black Art of Analog Design，“模电的黑魔法”，“晋级应用指南”，还是推荐看英文的。

 

好的，就算是第一关通过了，咋通过的不重要，接下来就是第二关，恒流模式。恒流时，输出电压取自RIsense两端。注意哦，电流环的反馈的时候没有衰减，电压环是有衰减的。因此电流放大倍数就不允许太高了。那么电流环的电压放大倍数是多少呢？

Q1的发射极通过电阻接地，这就构成了“射极反馈的共射放大器”，参考《模拟集成电路的分析与设计》，其放大倍数计算如下：Av=RIsense*gm/(1+gm*Re)，而gm=Ic/VT，则Av=RIsense*Ic/(VT+Ic*Re)。当Ic*Re远远大于VT时，也就是Ic*Re大于260mV时，Av≈RIsense/Re。前面说了电压放大倍数是-R25/R24，那么这里为什么还会有一个电压放大倍数呢？因为SMU或者说V/I源有恒压和恒流模式，比如输出短路的情况下，电压放大倍数就不可能正确，但是电流放大倍数还是会存在的。这里Av≈RIsense/Re实际是电流环路的放大倍数（用电流采样电阻的两端的电压作为输出）。

误差放大器的带宽限制，同时也决定了后级功率放大电路的放大倍数不允许太大。也就是说不允许RIsense/Re的比值太大，具体多大呢？可以自己画伯德图推导一下。我在自己的书中推导过，比较麻烦，这里就不推导了。因为RIsense/Re不允许太大，所以100mA的限流电路的设计就有点意思了。M5和M6两个2N7002作为开关，控制限流电路的分压电阻连接，当分压电阻连接到电路中之后，等效于限流的电压被变相提高了。这么做的好处就是没有降低Re，因为Re太小的话，Av≈RIsense/Re就会变得很大，进而导致电路不稳定，发生振荡。

限流电路单独拿出来一半，简化后如下图所示。如果M1断开，则限流电压为Q2的BE节电压，约0.6V，则限流电流为0.6V/25Ω=24mA。如果M1导通，则限流电压变为0.6V/0.2=1.2V，限流电流变为1.2V/25Ω=120mA，这样就满足100mA档位的需求了。而且此时Re没有减小。

 

那么问题来了，如果要将这个电路改成500mA，5A或者更大的电流，要怎么办？