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电流放大器配置

电流放大器配置

 

知道了电流运放的优点,让我们看看怎样实现。

这是一个双极工艺的单级电流运算放大器,带宽由输出处的两个电容器设置,它为80MHz。显然压摆率也很大,对于闭合环路增益为1,它是450V/ms!输出级由双射随器组成。和通常一样,对于高速放大器,没有给出任何噪声参数。

 

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图 1     单级运算电流放大器-1 (AD846)

 

该放大器的参数清楚地显示了恒定带宽的行为, 例如对于RF =100kΩ,带宽刚刚超过200kHz,这并不取决于实际的增益;还给出了RF = 10kΩ和1kΩ的曲线,很明显对于后者,100的增益并不容易获得,事实上对于这个RF 的值,100 的增益仅需要 10 Ω 的 RS !在这种情况下,放大器的输入电阻接管过来,曲线向左弯曲。在100的增益时,带宽为4MHz,如果是电压放大器,则需要400MHz 的GBW。

 

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图 2     单级运算电流放大器-2 (AD846)

 

单级放大器可以很容易地扩展到双级放大器上,如下图所示,该放大器从之前的图片中复制过来以进行比较,需注意输出处的射随器由具有单位增益的电压放大器表示。

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图 3     两级运算电流放大器-1 (AD8011 双极)

 

下图中显示了一个两级电流放大器,显然现在需要一个补偿电容,这会导致更多的电流在第二级流动。然而其主要的优点是,输出摆幅可以很大,此外即使不使用共源共栅,也可以获得很大的增益。

同样在输入处使用双极晶体管,以具有较小的输入电阻。这就是串联输入电阻 RS可以使用较小值的原因,从而产生更高的增益带宽组合吗?输入共源共栅晶体管确定了单级电流放大器中的噪声性能,有源负载现在用于这些共源共栅, 他们的噪音仍然占主导地位吗?答案是肯定的,事实上,在较高的频率下,补偿电容起到了短路的作用,第二级只是一个阻抗1/gm2,这是一个低阻抗,因此输入共源共栅的噪声仍然占主导地位。

 

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图 4     两级运算电流放大器-2 (AD8011 双极)

 

在双极型工艺中,目前的运放具有优异的性能。如果增益为10,则带宽为57MHz。如果增益为1,BW是340MHz,SR 是一个令人印象深刻的3500V/ms。单个5V电源上的静态电流只有1mA。这些值的输入电流为15mA。

 

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图 5     两级运算电流放大器,AD8011

 

电流放大器以前就已经存在过了。下图中显示了一个较早的电流放大器,输入处的电流差通过在非逆变输入端上添加电流镜来实现,它显然是一个性能适中的单级放大器。

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图 6     两级运算电流放大器  (LM3900)

 

下图中介绍了一个集成的电流放大器。它是一个带有电流输入的两级放大器。第一级的输出是在晶体管Q21/Q22的漏极处。晶体管Q1和Q2现在作为射随器来驱动第二级。在此级,使用pnp-npn复合器件来驱动输出负载。例如,Q3/Q5 的复合器件表现为一个超级pnp 晶体管。另一方面,Q4/Q6 是一个超级 npn。补偿电容Cc1和Cc2从这种复合器件的中间点连接,这确实是一个奇怪的点。性能非常好:110MHz带宽和230V/ms,只使用fT 为3.8GHz 的双极晶体管。

 

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图 7  电流反馈运放

在本章中,简要讨论电流放大器,并与电压放大器进行比较。电流放大器提供较高的速度性能,其代价是更高的等效输入噪声。

 

Posted in CMOS模拟集成电路

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