【E問(wèn)E答】高增益與高帶寬……如何兼得？

　　由于我們必須采用多個(gè)功率級(jí)，因而同時(shí)實(shí)現(xiàn)高增益(1000 V/V 或更高)和高帶寬(數(shù)十 MHz)可能是一種挑戰(zhàn)。除了高增益與高帶寬的電路要求外，還需要重點(diǎn)關(guān)注噪聲與穩(wěn)定性問(wèn)題。

　　查看下圖，了解三級(jí)放大器的整體架構(gòu)。

　　每個(gè)逐次放大器產(chǎn)生的噪聲與前一級(jí)產(chǎn)生的噪聲加總為 RMS 的和，然后用較后功率級(jí)的增益進(jìn)行加權(quán)。對(duì)于一個(gè)三級(jí)架構(gòu)而言，其噪聲可表示為：

　　而增益就是各級(jí)增益的乘積，如下所示：

　　到目前為止，我們有了電路架構(gòu)和兩個(gè)方程式，但還未詳細(xì)介紹其實(shí)施方案。根據(jù)噪聲方程式，第一級(jí)將成為限制性因素。

　　圖 1 所示，高增益配置中的非反相輸入級(jí)噪聲可用下列等式計(jì)算：

　　圖 1：簡(jiǎn)化的噪聲模型

　　大家明白，我們現(xiàn)在需要選擇一款電壓噪聲盡可能低的放大器。由于我們想在保持良好帶寬的同時(shí)，在第一級(jí)實(shí)現(xiàn)盡可能高的增益，所以我們將把目光投向具有最高增益帶寬積 (GBWP) 的、電壓噪聲盡可能低的放大器?？焖龠M(jìn)行參數(shù)搜索，可獲得以下結(jié)果。

　　由于我們希望開(kāi)發(fā) +5V 系統(tǒng)，因而我們可為第一級(jí)選擇LMH6629。在獲得 50V/V 增益的情況下，隨后我們將實(shí)現(xiàn) 78MHz。

　　當(dāng)然，我們也可為任何其它級(jí)選擇相同的LMH6629，但由于輸入電壓噪聲規(guī)范不必像第一級(jí)那樣嚴(yán)格，因而我們可進(jìn)一步擴(kuò)大搜索范圍，獲得所有能夠?qū)崿F(xiàn)高帶寬和高增益的器件。電流反饋放大器以及幾乎獨(dú)立于增益的帶寬保持在這里無(wú)疑是最佳選擇。參見(jiàn)下表，了解詳情。

　　在這里，我們可根據(jù)放大器及所需的帶寬考慮是選擇反相還是非反相增益電路。OPA695可在反相配置中實(shí)現(xiàn)更低噪聲，而OPA683和OPA684則可在非反相配置中實(shí)現(xiàn)更低噪聲。

　　由于我們計(jì)劃在單級(jí)上實(shí)現(xiàn)高增益 (100-V/V)，因而增益電阻器可低至 10W。在反相拓?fù)渲?，這可能會(huì)給驅(qū)動(dòng)級(jí)帶來(lái)更多的制約。增益電阻器應(yīng)維持在 10W 和 50W 之間，而反饋電阻器則應(yīng)不超過(guò) 1.5KW。切記，頻率響應(yīng)將受反饋電阻器 (RF) 限制，而反饋電容器 (CF) 極點(diǎn)則會(huì)因組件與布局等原因?qū)嵤┮豢罴纳答侂娙萜鳌?/p>

　　將所有這些綜合在一起，替換圖 1 中的理想放大器，可得到下圖 2。

　　圖 2：實(shí)施 10MHz 帶寬的 100,000-V/V 多級(jí)放大器。

　　在各級(jí)之間插入 RC 濾波器，最大限度降低了所產(chǎn)生的噪聲。我們可將整體頻率響應(yīng)與 -3dB 帶寬粗略估計(jì)為 6 個(gè)一階極點(diǎn)。