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對(duì)增益大于等于10時(shí)保持穩(wěn)定的放大器進(jìn)行補(bǔ)償以在較低增益下工作

作者: 時(shí)間:2013-08-03 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文說(shuō)明如何補(bǔ)償一個(gè)增益為9倍以上時(shí)通常保持穩(wěn)定的(如 ),以使其在增益低至2時(shí)工作,提供比等效內(nèi)部補(bǔ)償更高的壓擺率和更快的建立時(shí)間。本文將提出兩種方法并突出每種電路的優(yōu)缺點(diǎn)。

與ADA4896-2、ADA4897-1和ADA4897-2同屬一個(gè)系列,是一款雙通道、低噪聲、高速、電壓反饋、軌到軌輸出型。它在增益為10時(shí)可保持穩(wěn)定,增益帶寬積為1.5 GHz,壓擺率為940 V/μs,0.1%建立時(shí)間為26 ns,10 Hz時(shí)1/f噪聲為2 nV/√Hz,寬帶噪聲為1 nV/√Hz,2 MHz時(shí)無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍為?72 dBc。這款器件采用3 V至10 V電源供電,每個(gè)放大器的靜態(tài)功耗為3 μA。

方法1:補(bǔ)償ADA4895-2實(shí)現(xiàn)增益為+2時(shí)保持穩(wěn)定

1. 方法1:補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)增益為+2時(shí)保持穩(wěn)定

方法1如圖1所示,在反相輸入端增加一個(gè)簡(jiǎn)單的RC電路(RC = 28 Ω 且 CC = 56 pF),且反饋電阻并聯(lián)一個(gè)反饋電容(CF = 5 pF)。該電路在高頻時(shí)的噪聲增益為+9,在諧振頻率(1/2πRCCC = 100 MHz)以下的頻率時(shí)噪聲增益為+2。雖然高頻時(shí)的噪聲增益接近+9,但只要由RO 和 CL構(gòu)成的低通濾波器能夠阻隔高頻成分,總輸出噪聲就能保持在低水平。這種情況下,放大器可以在增益為+2時(shí)工作,而總輸出噪聲則非常低(3.9 nV/√Hz)。

可以擴(kuò)展這種配置以支持+2到+9之間的任何增益。表1顯示了各種增益設(shè)置的元件值和總寬帶輸出噪聲。

1. 用于增益低于+10的元件值,RT = RO = 49.9 Ω

增益

RC (Ω)

CC (pF)

RG (Ω)

RF (Ω)

CL (pF)

總輸出噪聲1 (nV/√Hz)

+2

28.6

56

200

200

330

3.88

+3

33.3

56

100

200

270

5.24

+4

40

56

66.7

200

200

6.60

+5

50

56

50

200

150

7.96

+6

66.7

40

40

200

150

9.32

+7

113

30

37.5

226

120

10.82

+8

225

20

32.1

226

120

12.18

+9

N/A

N/A

31.1

249

100

13.67

1完整的總噪聲公式見下文。

方法2:補(bǔ)償ADA4895-2實(shí)現(xiàn)增益為+2時(shí)保持穩(wěn)定

2. 方法2:補(bǔ)償ADA4895-2實(shí)現(xiàn)增益為+2時(shí)保持穩(wěn)定

方法2如圖2所示,在反相輸入端與同相輸入端之間增加一個(gè)電阻(R1 = 28 Ω),將放大器的噪聲增益提高到+9。R1上無(wú)電壓,因而無(wú)電流通過(guò)其中。因此,R1與同相輸入端并聯(lián)所得的輸入阻抗仍然非常高。輸入至輸出信號(hào)增益等于1 + RF/RG,本例中即為+2。補(bǔ)償電路未使用電容,因而不存在頻率依賴性。這意味著,與第一種方法相比,低頻時(shí)的寬帶輸出噪聲始終較高。

可以擴(kuò)展這種配置以支持+2到+9之間的任何增益。表2顯示了各種增益設(shè)置的元件值和總寬帶輸出噪聲。

2. 用于增益低于+10的元件值,RT = RO = 49.9 Ω, CL = 120 pF

增益

R1 (Ω)

RG (Ω)

RF (Ω)

總輸出噪聲1 (nV/√Hz)

+2

28.6

200

200

13.39

+3

33.3

100

200

13.39

+4

40

66.5

200

13.39

+5

49.9

49.9

200

13.39

+6

66.5

40

200

13.39

+7

113

37.4

226

13.53

+8

225

32.4

226

13.53

+9

N/A

30.9

249

13.67

1完整的總噪聲公式見下文。

圖3顯示了圖1和圖2所示電路的小信號(hào)和大信號(hào)頻率響應(yīng),采用50 Ω分析儀,G = +5 V/V或14 dB。如圖所示,兩個(gè)電路均非常穩(wěn)定,峰化略高于1 dB。只要使用表1和表2中的值,增益范圍在+2至+9時(shí)均可保持穩(wěn)定。

為降低總輸出噪聲,可以調(diào)整輸出端的低通RC濾波器以將此電路的帶寬降至50 MHz或更低,具體取決于應(yīng)用。

對(duì)增益大于等于10時(shí)保持穩(wěn)定的放大器進(jìn)行補(bǔ)償以在較低增益下工作

3. G = +5時(shí)的頻率響應(yīng)

為什么方法1中的輸出噪聲優(yōu)于方法2中的輸出噪聲?
方法1中的輸出噪聲遠(yuǎn)低于方法2,尤其是在增益低于+7時(shí),這是因?yàn)榉椒?中的噪聲增益僅在高頻時(shí)較高。高頻時(shí),可以利用低通濾波器來(lái)消除高頻噪聲成分。但在方法2中,放大器始終在噪聲增益為+9時(shí)工作,即便在低頻時(shí)亦如此。因此,總輸出噪聲不隨增益而變化,如表2所示。下面是這兩種方法對(duì)應(yīng)的公式(注意:RE = RG//R1)。

方法1的公式:總輸出噪聲=

方法2的公式:總輸出噪聲=

每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)
我們給出了兩種不同的方法,說(shuō)明如何利用若干外部元件來(lái)使高增益穩(wěn)定型放大器能在低增益下穩(wěn)定地工作。與方法2相比,方法1采用了更多的無(wú)源元件,因而可能會(huì)占用更多的電路板空間,成本更高。作為回報(bào),第一種電路的總輸出噪聲低于第二種電路。因此,選擇何種電路取決于具體應(yīng)用及其要求的規(guī)格。

如圖4所示,與增益大于等于+1時(shí)保持穩(wěn)定的內(nèi)部補(bǔ)償放大器ADA4897-2相比,去補(bǔ)償?shù)腁DA4895-2提供更高的壓擺率(300 V/μs對(duì)100 V/μs)和更快的建立時(shí)間。隨著電路增益提高,這些優(yōu)勢(shì)還會(huì)擴(kuò)大。

對(duì)增益大于等于10時(shí)保持穩(wěn)定的放大器進(jìn)行補(bǔ)償以在較低增益下工作

4. G = +2時(shí)對(duì)比補(bǔ)償與去補(bǔ)償放大器

結(jié)論
ADA4895-2去補(bǔ)償放大器在增益大于9時(shí)保持穩(wěn)定,可以通過(guò)補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)低增益工作。本文提出的兩種方法通過(guò)提高復(fù)雜度來(lái)降低總寬帶噪聲。與增益大于等于+1時(shí)保持穩(wěn)定的內(nèi)部補(bǔ)償放大器ADA4897-2相比,兩種方法均能提供更高的壓擺率和更快的建立時(shí)間。

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