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    軌到軌運算放大器的優勢
    2018-7-14 00:00 來源:原創   編輯:聚洵半導體科技(上海)有限公司
     

    在低電源電壓應用中,無論是使用單電源,或是低電壓雙極性電源,放大器的輸入范圍和輸出擺幅都有一定的限制,有限的輸入范圍和受限的輸出擺幅都會減小放大器的動態范圍。軌到軌放大器不僅有助于擴展這個動態范圍,而且還能提高性能。

    放大器通常采用射極跟隨器(源跟隨器)或共發射極(共源極)輸出級電路。射極跟隨器可提供較低的失真,但輸出擺幅也較小,這是因為輸出級晶體管需要在線性區域工作,這樣會使輸出擺幅減小約1V。軌到軌輸出放大器一般采用共射極或共源極輸出電路,雖然這種輸出電路無法提供像射極跟隨器那么好的性能,但它能提供更寬的擺幅。軌到軌輸出的擺幅能夠非常接近電源軌,但由于晶體管上有一定的壓降,所以也不能完全達到軌電壓,不過兩者的差值在幾毫伏之內。

    一、(FET)入運算放大器能來什么好

    FET入的運算放大器具幾個優勢。由于它具有極低的入偏置流,通常在pA內,因而對輸生的負載也極低,這樣就可使用大的源阻,而不會引入明的失調電壓誤(大小為輸入偏置流與源阻的乘)。由于偏置流如此之低,因此將運算放大

    器用于反相配置,就沒有必要補償輸入失調電壓誤差。在種配置中,補償放大器的一種常用方法是采用一個阻將同相入端接到地,該電阻的阻是反和增益阻的并聯組合,但在由于流很低,里也不再需要此阻,因此化了路。FET入運算放

    大器的一種常見應用就是在光極管檢測用中作為電-電壓轉換(I-V轉換器)。在這些應用中,光電二極管的電流非常小,因此強制要求所用運算放大器必須具備極低的輸入偏置電流,這樣才能確保所有的光電二極管電流都通過反饋電阻(產生輸出電壓),而不是進入運算放大器中,否則將會在運算放大器電流-電壓轉換器的預期輸出電壓中引入誤差。

    二、放大器輸出阻抗和輸出驅動能力如何影響系統性能

    低輸出阻抗之所以重要是有多方面的原因。理想放大器的輸出阻抗是零,但理想放大器實際上并不存在,所以每個放大器都有一定的輸出阻抗。負反饋和環路增益有助于減小輸出阻抗,但在選擇運算放大器時還得十分小心。輸出阻抗與頻率有很大關系,并且隨頻率升高而增加。

    低輸出阻抗可確保放大器能準確地再生輸入信號,失真很小甚至沒有失真。例如在50Ω系統中,輸出阻抗為的放大器代表信號路徑中的誤差為5%。在更低阻抗負載情況下,由輸出阻抗引起的誤差會更明顯。低輸出阻抗還意味著放大器本身會有更低的功耗。在驅動低阻抗負載時,大電流輸出也是一種有用的特性。

    驅動低阻抗負載的能力取決于魯棒性的輸出級電路。如上所述,軌到軌輸出具有更大信號擺幅和更大動態范圍的優勢。具有軌到軌輸出和大電流驅動能力的放大器是一種極其優秀的組合。大輸出電流的放大器在驅動低阻抗負載時可以在輸出端實現寬電壓擺幅。

    三、在有源濾波器中使用放大器時要考慮哪些重要因素

    在為有源濾波器電路選擇放大器時,有許多因素必須加以考慮。本文無法對所有因素進行闡述,這里僅探討一些較為重要的因素。

    首先,為了保證有源濾波器能夠提供合適的頻率性能,帶寬是一個關鍵的考慮因素。放大器必須具備足夠的帶寬,以確保濾波器的性能取決于正確的濾波器頻率響應,而不是放大器的限制。沒有足夠帶寬的放大器將引起過早的滾降和失真。在選擇放大器時,一般公認的做法是使用帶寬至少為所需濾波器帶寬10倍的放大器,這樣能保證有源濾波器的性能取決于頻率而不是放大器。例如帶寬為15MHz的低通有源濾波器,我們應該選用帶寬至少為150MHz的放大器。

    其次需要考慮的是低輸出阻抗。對整個濾波器來說,目標工作頻率范圍很重要。在寬帶寬濾波器中,選擇一個在整個頻率范圍內都具有低輸出阻抗的放大器是很重要的。在較高頻率的濾波器應用中,濾波器元件值變得很小,因此,像放大器輸出阻抗等所有寄生元件或電路板寄生參數都會影響或劣化濾波器性能。

    在為有源濾波器應用選擇濾波器時,壓擺率是另一個重要的考慮因素。壓擺率是放大器輸出端的最大變化率,因此會給放大器和濾波器造成另一種頻率限制。具有較高壓擺率的放大器能夠在高頻段工作,而具有較低輸出擺幅的濾波器也能夠在高頻段工作,這是因為壓擺率也較低,這個關系可以從公式Fmax= Slew Rate/2πVpeak中看出來。

    輸入偏置電流也是一個需要考慮的重要參數。在有源濾波器電路中,任何一種應用中使用多個電阻值的情況很常見。大阻值的電阻可能會引入較大的失調電壓,這個電壓值等于電阻值乘以放大器的輸入偏置電流。根據輸入級電路的不同,輸入偏置電流范圍可從fAμA數量級。場效應晶體管(FET)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)輸入級電路具有最低的輸入偏置電流,因此當需要減小失調電壓誤差時,可選擇這兩種輸入結構的放大器。

    開環增益是要考慮的另一個重要參數。就像帶寬一樣,開環增益方面也有一個一般性的公認標準,即放大器開環增益應至少高出有源濾波器在最高頻率點增益的10倍,這樣可以確保放大器電路有足夠的閉環增益,并使環路保持閉環和鎖定。

    GS805X系列產品是一款輸出軌到軌放大器,每一軌的輸出電壓擺幅提高到了100mV,能夠提供最大化的輸出動態范圍以及過載復原。此外,GS805X系列還能提供業界領先的帶寬(250MHz -3dB)和轉換速率(135V/μS),0.1dB增益平穩度到達37MHz,GS805X系列產品非常適用于有源濾波器和時鐘緩沖器的設計。同時卓越的視頻性能,包括0.05%的差分增益和0.3度的差分相位誤差,出色的線性輸出電流(150mA),以及真正的單電源供電設計(輸入電壓可以低于負軌200mV),因此GS805X系列產品非常適用于CIS傳感器、標準/便攜式視頻A/V轉換盒以及汽車影像應用。

    GS805X系列產品的其它主要特性和優點包括:

    ● 低成本,高性能

    ● 支持+3V+5V的單電源供電

    ● 出色的線性輸出電流:100mA

    ● 低功耗:2.8mA/ch

    ● 穩定時間為30ns(穩定度為0.1%)

    ● 低失真:58dBc SFDR @ 5MHz

    GS805X系列產品的主要應用領域包括:

    ● 成像

    ● 消費視頻應用

    ● 專業視頻應用

    ● 有源濾波器

    ● 同軸電纜驅動放大器

    ● 時鐘緩沖器

    ● 光電前置放大器

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