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低压运算放大器通过自举以实现高压信号的应用
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可用的亚皮安偏置电流运算放大器并不多。可堪使用的器件常常被称为静电计级放大器,偏置电流低至数十飞安。遗憾的是,这些静电计放大器的低频电压噪声(0.1hz到10hz)为几微伏(峰峰值)。此外,其输入失调电压和失调温度系数一般也不符合要求。其共模抑制比(cmrr)和开环增益不够好,难以支持1 ppm线性度。最后,没有一款静电计能够承受高电源电压。

ltc6240系列提供0.25 pa偏置电流(典型值)和0.55μv p-p低频噪声。这对于输入缓冲器来说已经足够好了,但该器件仅支持最高12 v的电源。我们将不得不在放大器周围添加电路以使其适应更高的电压。

ltc6240由vp(通过增益为+1的缓冲放大器保持输出加5 v的值)和vm(由另一个缓冲器驱动而保持输出减5 v的值)供电。由于电源总是跟随输入信号(由ltc6240的输出缓冲),因此理想情况下根本没有共模输入误差。即使是平庸的cmrr也通过自举提升至少30 db。该30 db值是由vp和vm缓冲器的有限增益精度导致的。

ltc6240的开环增益也得到类似的提升。当内部增益节点和电源轨之间存在晶体管输出阻抗时,放大器电路会发生增益受限的情况。由于电源被自举到输出,所以很少有信号电流流过上述阻抗,而且开环增益的增加量与cmrr的提升量相似。但是,输出负载仍可能会限制开环增益。

也许不那么明显,但电路整体压摆率也被自举提高。通常,它受限于ltc6240内部静态电流和以电源为基准的补偿电容。当电源追随输入和输出时,很少有动态电流流入这些电容,放大器不会进入有限压摆率状态。缓冲放大器最终会限制整体压摆率。高压电源vhvp和vhvm可能有干扰,但缓冲器输出会在很大程度上抑制干扰,ltc6240的电源抑制比(psrr)将大大增强。

请注意,1000 pf旁路电容必须与ltc6240电源引脚紧密连接。运算放大器有数十个内部晶体管,在该放大器中,晶体管的ft量级为ghz。它们常常以反馈方式彼此连接,除非安装了旁路电容,否则它们可能在高交流阻抗电源下发生振荡。1000 pf足以消除这些振荡。我们还希望电源旁路电容远大于任何输出负载电容,因为在高频时,负载电容上的电压转换会导致电流流向电源轨,并可能调制电源电压,通过psrr反馈引起振荡。因此,旁路电容会降低频率下的电源调制,相当于降低从输出到电源的反馈增益。

压摆这些旁路电容会需要很大的电流,而且必须是双向的。q5和q6是射极跟随器,可以驱动旁路电容的压摆电流。q3和q4是偏置二极管,用于设置q5和q6静态电流。q2为这些二极管和齐纳二极管d1(实际上是并联基准电压源ic)提供偏置电流,d1设置相对于输出的正电源电压。q2的集电极是一个电流镜的输出,该电流镜由高压轨之间的r9偏置。如果电源电压不是恒定值,可以用两个电流源代替r9。

q7至q12形成与之前所述相当的vm减电源驱动器。请注意齐纳电压的不匹配是有意为之的:vp比输入/输出高5v,vm比输入/输出低3 v。这种不匹配使输入电压的中点位于ltc6240的电源限制输入范围以内,从而优化压摆波形。

通常,ltc6240的电源电流会消耗q5的发射极电流,并基本上关闭q6,所以vp缓冲器输出阻抗大部分是r3。因此,电源反馈vp路径的带宽约为1/ (2π × 100 ω × 0.001 µf) = 1.6 mhz。这保证了在10 mhz及以上的频率(此时ltc6240的开环相位向振荡发展),vp环路增益远小于1。100ω电阻还让跟随器q5不必直接驱动1000 pf电容。发射极跟随器会有输出电感,可能与容性负载发生谐振,引起振铃甚至振荡。

设计自举在1.6 mhz以上的频率会失败后,我们将看到整体电路的完美行为在频率超出大约100 khz时会降级。如果输出不能完全跟随输入,自举的好处将会打折扣。带cin的rin将带宽限制在100 khz,这是adc跟随缓冲器的系统抗混叠滤波器的一部分,它还会衰减无线电干扰和不支持的压摆率。

该电路必须能够承受任何不受限制的压摆输入信号或esd,因此rin也用于限制输入故障电流。电阻有四个串联段,以便分担输入过驱,暂时承受1 kv的电压。根据信号源和预期过载,可以减小输入电阻。

ltc6240内部有保护二极管,可将输入过压电流引导至vp或vm。允许进入ltc6240输入的最大故障电流为10 ma,但如果有周围电路可以快速切断输入故障,则在短时间内可以增加该电流。该电路的预期应用中存在spdt继电器,当未通电时,其将缓冲器的输入连接到÷10网络。通电后,继电器直接连接输入。因此,当未通电时,缓冲器连接到远大于10 kω的源阻抗,故障电压和电流降低的幅度与10 ma连续额定值相当。应用的输入范围为±400 v,故障容差为±1000 v。这只有在有两个比较器的情况下才能安全地实现,比较器检测输入过压并快速释放继电器。

作者:未知 点击:54次 [打印] [关闭] [返回顶部]
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