当现成的运算放大器（op amp）不能供给特定运用所需的信号摆幅规模时，工程师面对两种挑选：运用高压运算放大器或规划分立解决计划——这两种挑选的本钱或许都很高。对许多运用来说，第三种挑选——自举——或许是比较廉价的代替计划。除了动态功能要求极为严苛的运用，自举电源电路的规划是恰当简略的。
简介
惯例运算放大器要求其输入电压在其电源轨规模内。假如输入信号或许超越电源轨，能够经过电阻衰减过大输入，使这些输入降至电源规模以内的电平。这样处理并不抱负，由于它会对输入阻抗、噪声和漂移发生晦气影响。相同的电源轨也会约束放大器输出，闭环增益的巨细存在一个限值，以防止将输出驱动到饱满状态。
因而，假如要求处理输入和/或输出上的大信号违背，则需求宽电源轨和能在这些电源轨上作业的放大器。ADI公司的220 V ADHV4702-1是合适这种情况的超卓挑选，不过自举低压运算放大器也能满意运用要求。是否运用自举首要取决于动态要求和功耗约束。
自举会创立一个自适应双电源，其正负电压不是以地为基准，而是以输出信号的瞬时值为基准，有时称之为飞轨（flying rail）装备。在这种装备中，电源跟着运算放大器的输出电压（VOUT）上下移动。因而，VOUT一直处于中心电源电压，并且电源电压能够相关于地移动。运用自举能够十分容易地完成这种自适应双电源。
实践上，自举有必要契合一些原则，有些原则微乎其微，但没有一个原则是特别费事的。如下是最基本的原则：
•输出负载不得过大。
•响应速度不得低于运算放大器的压摆率。
•有必要能处理所需的电压水平缓相关的功耗。
作业原理
飞轨概念是纠正负电源轨接连调整，使其电压一直关于输出电压对称。这样，输出一直坐落电源规模内。
电路架构包含一对互补分立晶体管和一个阻性偏置网络。NPN发射极（或N沟道MOSFET的源极引脚）供给VCC，PNP发射极（或P沟道MOSFET的源极引脚）用作VEE。晶体管被偏置，使得所需的电源电压出现在放大器的+VS和-VS引脚上，这些电压经过电阻分压器从高压电源取得。图1显现了简化高压跟从器原理图。
图1.简化高压跟从器原理图
理论上，自举能够为任何运算放大器供给恣意高的信号依从电压。而在实践上，电源调整份额越大，动态功能越差，由于运算放大器的压摆率约束了电源对动态信号的响应速度。放大器在最大额外电源电压或挨近该电压下作业时，电源引脚为跟上动态信号而需求横越的规模最小。当运算放大器在挨近其最高额外电源电压下作业时，其他差错源（如噪声增益）也会下降（拜见“经过运算放大器自举发生宽电压摆幅”，EDN杂志，1999年5月13日）。
不需求电源移动很远（或十分快）的低频和直流运用，是自举的最佳候选运用。因而，高压放大器能供给比动态特性恰当的低压放大器更好的动态功能，尤其是当二者均偏置为各自的最大作业电源电压并且自举到相同信号规模时。自举也会影响直流功能，因而在直流精度和高电压两方面均经过优化的运算放大器可供给自举装备能完成的最佳直流和沟通功能组合。
选用ADHV4702-1的规模扩展器的规划考虑
ADHV4702-1是一款精细220 V运算放大器。有了该器材，就不需求自举传统低压运算放大器，220 V以下信号规模的高压规划得以简化。假如运用需求更高电压，那么能够运用自举技能，轻松地将电路作业规模添加两倍以上。下面阐明一个根据ADHV4702-1的500 V放大器规划示例。
电压规模
如上所述，扩展器电路的规模在理论上是无限的，但存在如下一些实践约束：
•电源电压和电流额外值
•电阻和场效应晶体管（FET）功耗
•FET击穿电压
直流偏置电平
首要，考虑供给给放大器的电源电压。任安在器材额外电源电压规模内的电压都有用。可是，功耗是根据所挑选的作业电压在放大器和FET之间分配。关于给定的原始电源电压，运算放大器电源电压越低，FET中的漏源电压（VDS）越高，功耗也相应地进行分配。应挑选恰当的运算放大器电源电压，然后以最有利于散热的方法在器材之间分配功耗。
其次，运用下式核算将原始电源电压（VRAW）下降到放大器希望电源电压（VAMP）所需的分压比：
VRAW/VAMP = （RTOP + RBOT）/RBOT
其间，RTOP为顶部电阻，RBOT为底部电阻。
关于下例，考虑运算放大器标称电源电压为±100 V。关于需求±250 V摆幅规模的运用，经过下式核算分压比：
分压比 = 250 V/100 V = 2.5或2.5:1
然后，运用便于取得的规范值电阻规划电阻分压器，尽或许挨近地完成此分压比。请注意，由于触及高电压，电阻功耗或许比预期要高。
静态功耗
关于所选电阻值，应挑选能够应对相应静态功耗的电阻尺度。相反，假如电阻的物理尺度受限，应挑选恰当的电阻值来将散热约束在额外规模内。
在该示例中，RTOP到达150 V，RBOT到达100 V。运用额外功率为1/2瓦的2512电阻，规划有必要将每个电阻器的功耗（V2/R）约束在0.5 W以下。核算每个电阻的最小值，如下所示：
RTOP = （150 V）2/0.5 W = 45 kΩ（最小值）
RBOT = （100 V）2/0.5 W = 20 kΩ（最小值）
将较高值电阻（45kΩ）作为功耗的约束要素，RBOT值发生一个2.5:1分压器，一同观测静态功耗限值为
RBOT = RTOP/1.5 = 30 kΩ
其功耗为（100 V）2/30 kΩ = 0.33 W。
瞬时功耗
考虑到电阻的瞬时电压取决于放大器的输出电压以及电源电压，本例中任何时刻每个分压器上的电压或许高达350 V（VCC = 250 V且VOUT = -100 V）。正弦输出波形在VCC和VEE分压器中发生相同的均匀功耗，但任何非零均匀输出都会导致一个分压器的功耗高于另一个分压器的功耗。关于满量程直流输出（或方波），瞬时功耗为最大功耗。
在此示例中，为将瞬时功耗保持在0.5 W以下，每个分压器中两个电阻之和（RSUM）不得小于以下值：
RSUM = （350 V）2/0.5 W = 245 kΩ
因而，电阻比为1.5:1（关于2.5:1分压器）时，各个电阻的最小值如下：
•RTOP = 147 kΩ
•RBOT = 98 kΩ
FET挑选
接受最坏情况偏置条件所需的击穿电压首要决议FET的挑选;当输出饱满，使得一个FET处于最大VDS，另一个FET处于最小VDS时，便可理解这一点。在前面的示例中，最高肯定VDS约为300 V，即总原始电源电压（500 V）减去放大器的总电源电压（200 V）。因而，FET有必要接受至少300 V电压而不被击穿。
功耗有必要针对最坏情况VDS和作业电流来核算，并且有必要挑选指定在此功率水平下作业的FET。
接下来考虑FET的栅极电容，由于它会与偏置电阻一同构成一个低通滤波器。击穿电压较高的FET往往具有较高的栅极电容，并且偏置电阻往往为100 kΩ，因而不需求多少栅极电容就能明显下降电路的速度。从制造商的数据手册中取得栅极电容值，核算RTOP和RBOT并联组合所构成的极点频率。
偏置网络的频率响应有必要一直快于输入和输出信号，不然放大器的输出或许超出其本身的电源规模。暂时违背到放大器电源轨之外会有损坏输入的危险，而暂时饱满或压摆受限会有构成输出失真的危险。任何一种情况都或许导致负反馈暂时丢失和不行猜测的瞬态行为，乃至或许由于某些运算放大器架构中的相位反转而闩锁。
功能
直流线性度
图2显现了增益差错与输入电压的联系（直流线性度），增益为20，电源为±140 V。
图2.增益差错与输入电压的联系
压摆率
图3显现了压摆率曲线，增益为20，电源为±140 V，测量值为20.22 V/μs。
完成更高速度的权衡
功耗
如前所述，作业电压较高时，FET的击穿电压（和相关的栅极电容）以及电阻值也有必要较高。较高的电阻和电容值都会构成带宽下降，仅有可用的调整要素是电阻值。下降电阻值会进步带宽，但价值是功耗添加。空间低阻值、高功率的电阻尺度较大，需占用较多电路板空间。以电容的方式在RBOT上添加一些引线补偿能够改进电路的频率响应。此电容与RBOT和RTOP电阻构成一个零点，抵消FET栅极电容所构成的极点。极点和零点相消，因而能够挑选更高阻值的电阻，然后下降直流功耗。
定论
在需求较高电压但运用典型高压运算放大器不经济的运用中，常常会让惯例运算放大器自举。自举有其长处和缺陷。还有一个挑选，ADHV4702-1供给一种高达220 V的精细高功能解决计划，无需自举。可是，当信号规模要求超越220 V时，该器材能够自举以处理超越标称信号规模两倍以上的电压，一同供给比自举低压放大器更高的功能。
