同時(shí)滿(mǎn)足AC和DC性能的放大器分析

現代系統設計師正面對著(zhù)許多設計挑戰，從實(shí)現數據轉換器的接口到維持其系統與模擬系統接口時(shí)的信號保真度等，他們很自然地轉向使用運算來(lái)解決這些難題。因此，當今的放大器需要滿(mǎn)足高難度的技術(shù)規范組合。例如，機頂盒和DVD錄像機等消費電子視頻設備必須具備高帶寬，同時(shí)需要大輸出電流(用于驅動(dòng)75Ω同軸電纜)、良好的增益精度、低電源電壓以及低電源電壓下良好的動(dòng)態(tài)范圍。

雖然高帶寬放大器已經(jīng)出現幾十年了，但是卻有著(zhù)直流特性不良的“惡名”，并且通常工作于雙(±)電源軌。這些不良的直流特性限制了放大器所能達到的動(dòng)態(tài)范圍。下面的公式為某個(gè)放大器的綜合動(dòng)態(tài)范圍：

動(dòng)態(tài)范圍=20Log10(VoutMax/VoutMin)

放大器的動(dòng)態(tài)范圍受到電源電壓的限制，因其會(huì )對VoutMax造成直接影響?，F代的“軌至軌”輸出放大器通過(guò)使VoutMax≈Vsupply-200mV(或者更小)來(lái)減小這種影響。另一方面，如果能使VoutMin等于零，動(dòng)態(tài)范圍便可以是無(wú)限。但是實(shí)際情況卻不是這樣，因為有許多誤差項目與放大器相關(guān)聯(lián)，包括輸入失調電壓、輸入偏置電流、輸入失調電流、、、噪聲，以及與所有這些項目相關(guān)聯(lián)的溫度漂移。

圖1所示為某個(gè)放大器的誤差項目。其中的所有誤差項目都是以輸入為參考(RTI)繪制的，幾乎所有制造商的資料表都是如此處理。因此，所有的項目均乘以至放大器輸出的(或同相增益)。

噪聲增益=1+(反饋電阻/增益電阻)

讓我們仔細看一看每一個(gè)誤差項目。噪聲(放大器噪聲)具有三個(gè)基本成分：放大器的電壓噪聲、放大器的電流噪聲以及阻性反饋網(wǎng)絡(luò )的熱噪聲。對于電壓和電流噪聲，都有兩個(gè)部分：寬帶噪聲和低頻1/f噪聲。大多數制造商僅在寬帶噪聲占主導的頻率下規定噪聲，但是數據表還應該包括一個(gè)噪聲圖表。電流噪聲的等效電壓決定于電路，并通過(guò)將同相端的電流噪聲與源電阻相乘，反相端的電流噪聲與反饋網(wǎng)絡(luò )的等效電阻相乘能夠得到電流噪聲的等效電壓噪聲。

1. 輸入偏置電流和失調電流

多數高速放大器由于在其輸入級使用了雙極晶體管，加上晶體管的高內部偏置電壓點(diǎn)，因而具有很大的輸入偏置電流。通常，這些誤差項目的影響是通過(guò)其與反饋網(wǎng)絡(luò )和/或源電阻的交互作用而帶來(lái)額外的失調電壓。通過(guò)匹配同相和反相端的阻抗，能夠減小偏置電流的影響。

2. 失調電壓

失調電壓的定義是放大器輸入端之間所需的電壓以迫使輸出電壓置于零。實(shí)際上，在放大器的輸入端可以將它模擬成固定的電壓源，并且在大多數現代放大器中不能去除掉。一般認為失調電壓是放大器所有表現的參考點(diǎn)，并受到共模電壓(共模抑制比, CMRR)、電源電壓(電源抑制比, )、輸出電壓擺幅(開(kāi)環(huán)增益, )、負載電流(間接開(kāi)環(huán)增益, Aol)及溫度的影響。

3. CMRR

共模抑制比定義為差分增益與共模增益之比，通常用dB表示。實(shí)際上可以將其定義為相對于共模電壓的單位變化所引起的失調電壓變化：

CMRR=20Log10((Voffset/(Vcm)

4. PSRR

電源抑制比定義為相對于電源電壓的單位變化而引起的失調電壓變化：

PSRR=20Log10((Voffset/(Vsupply)

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