在低電源電壓應(yīng)用中，無(wú)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(huì)減小放大器的動(dòng)態(tài)范圍。軌到軌放大器不僅有助于擴(kuò)展這個(gè)動(dòng)態(tài)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(fā)射極(共源極)輸出級(jí)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?yàn)檩敵黾?jí)晶體管需要在線(xiàn)性區(qū)域工作，這樣會(huì)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(wú)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(dá)到軌電壓，不過(guò)兩者的差值在幾毫伏之內(nèi)。
一、場(chǎng)效應(yīng)管(FET)輸入運(yùn)算放大器能帶來(lái)什么好處
FET輸入的運(yùn)算放大器具備幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。由于它具有極低的輸入偏置電流，通常在pA范圍內(nèi)，因而對(duì)輸入電路產(chǎn)生的負(fù)載也極低，這樣就可使用大的源電阻，而不會(huì)引入明顯的失調(diào)電壓誤差(大小為輸入偏置電流與源電阻的乘積)。由于輸入偏置電流如此之低，因此將運(yùn)算放大
器用于反相配置時(shí)，就沒(méi)有必要補(bǔ)償輸入失調(diào)電壓誤差。在這種配置中，補(bǔ)償放大器的一種常用方法是采用一個(gè)電阻將同相輸入端連接到地，該電阻的阻值是反饋和增益設(shè)置電阻的并聯(lián)組合，但現(xiàn)在由于電流很低，這里也不再需要此電阻，因此簡(jiǎn)化了電路。FET輸入運(yùn)算放
大器的一種常見(jiàn)應(yīng)用就是在光電二極管檢測(cè)器應(yīng)用中作為電流-電壓轉(zhuǎn)換器(I-V轉(zhuǎn)換器)。在這些應(yīng)用中，光電二極管的電流非常小，因此強(qiáng)制要求所用運(yùn)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(guò)反饋電阻(產(chǎn)生輸出電壓)，而不是進(jìn)入運(yùn)算放大器中，否則將會(huì)在運(yùn)算放大器電流-電壓轉(zhuǎn)換器的預(yù)期輸出電壓中引入誤差。
二、放大器輸出阻抗和輸出驅(qū)動(dòng)能力如何影響系統(tǒng)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(shí)際上并不存在，所以每個(gè)放大器都有一定的輸出阻抗。負(fù)反饋和環(huán)路增益有助于減小輸出阻抗，但在選擇運(yùn)算放大器時(shí)還得十分小心。輸出阻抗與頻率有很大關(guān)系，并且隨頻率升高而增加。
低輸出阻抗可確保放大器能準(zhǔn)確地再生輸入信號(hào)，失真很小甚至沒(méi)有失真。例如在50Ω系統(tǒng)中，輸出阻抗為5Ω的放大器代表信號(hào)路徑中的誤差為5%。在更低阻抗負(fù)載情況下，由輸出阻抗引起的誤差會(huì)更明顯。低輸出阻抗還意味著放大器本身會(huì)有更低的功耗。在驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載時(shí)，大電流輸出也是一種有用的特性。
驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載的能力取決于魯棒性的輸出級(jí)電路。如上所述，軌到軌輸出具有更大信號(hào)擺幅和更大動(dòng)態(tài)范圍的優(yōu)勢(shì)。具有軌到軌輸出和大電流驅(qū)動(dòng)能力的放大器是一種極其優(yōu)秀的組合。大輸出電流的放大器在驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載時(shí)可以在輸出端實(shí)現(xiàn)寬電壓擺幅。
三、在有源濾波器中使用放大器時(shí)要考慮哪些重要因素
在為有源濾波器電路選擇放大器時(shí)，有許多因素必須加以考慮。本文無(wú)法對(duì)所有因素進(jìn)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(gè)關(guān)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(yīng)，而不是放大器的限制。沒(méi)有足夠帶寬的放大器將引起過(guò)早的滾降和失真。在選擇放大器時(shí)，一般公認(rèn)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(yīng)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(duì)整個(gè)濾波器來(lái)說(shuō)，目標(biāo)工作頻率范圍很重要。在寬帶寬濾波器中，選擇一個(gè)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)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(yīng)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(shù)都會(huì)影響或劣化濾波器性能。
在為有源濾波器應(yīng)用選擇濾波器時(shí)，壓擺率是另一個(gè)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(huì)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?yàn)閴簲[率也較低，這個(gè)關(guān)系可以從公式Fmax= Slew Rate/2πVpeak中看出來(lái)。
輸入偏置電流也是一個(gè)需要考慮的重要參數(shù)。在有源濾波器電路中，任何一種應(yīng)用中使用多個(gè)電阻值的情況很常見(jiàn)。大阻值的電阻可能會(huì)引入較大的失調(diào)電壓，這個(gè)電壓值等于電阻值乘以放大器的輸入偏置電流。根據(jù)輸入級(jí)電路的不同，輸入偏置電流范圍可從fA到μA數(shù)量級(jí)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)輸入級(jí)電路具有最低的輸入偏置電流，因此當(dāng)需要減小失調(diào)電壓誤差時(shí)，可選擇這兩種輸入結(jié)構(gòu)的放大器。
開(kāi)環(huán)增益是要考慮的另一個(gè)重要參數(shù)。就像帶寬一樣，開(kāi)環(huán)增益方面也有一個(gè)一般性的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，即放大器開(kāi)環(huán)增益應(yīng)至少高出有源濾波器在最高頻率點(diǎn)增益的10倍，這樣可以確保放大器電路有足夠的閉環(huán)增益，并使環(huán)路保持閉環(huán)和鎖定。
GS805X系列產(chǎn)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(dòng)態(tài)范圍以及過(guò)載復(fù)原。此外，GS805X系列還能提供業(yè)界領(lǐng)先的帶寬(250MHz -3dB)和轉(zhuǎn)換速率(135V/μS)，0.1dB增益平穩(wěn)度到達(dá)37MHz，GS805X系列產(chǎn)品非常適用于有源濾波器和時(shí)鐘緩沖器的設(shè)計(jì)。同時(shí)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(xiàn)性輸出電流(150mA)，以及真正的單電源供電設(shè)計(jì)(輸入電壓可以低于負(fù)軌200mV)，因此GS805X系列產(chǎn)品非常適用于CIS傳感器、標(biāo)準(zhǔn)/便攜式視頻A/V轉(zhuǎn)換盒以及汽車(chē)影像應(yīng)用。
GS805X系列產(chǎn)品的其它主要特性和優(yōu)點(diǎn)包括：
● 低成本，高性能
● 支持+3V或+5V的單電源供電
● 出色的線(xiàn)性輸出電流：100mA
● 低功耗：2.8mA/ch
● 穩(wěn)定時(shí)間為30ns(穩(wěn)定度為0.1%)
● 低失真：58dBc SFDR @ 5MHz
GS805X系列產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：
● 成像
● 消費(fèi)視頻應(yīng)用
● 專(zhuān)業(yè)視頻應(yīng)用
● 有源濾波器
● 同軸電纜驅(qū)動(dòng)放大器
● 時(shí)鐘緩沖器
● 光電前置放大器
關(guān)注微信公眾號(hào)