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精确和快速的80MHz放大器,仅消耗2mA

来源:analog 发布时间:2023-11-17

摘要: 80MHz LT1800放大器仅消耗2mA最大供电电流,仍然提供低压信号调理和数据采集系统所需的速度和直流精度。

80MHz LT1800放大器仅消耗2mA最大供电电流,仍然提供低压信号调理和数据采集系统所需的速度和直流精度。通常,一个放大器不能同时拥有高带宽和低电源电流,但LT1800通过6GHz f(T)进程和在减小的静态电流下运行晶体管来优化两者。它可以从低至2.5V的电源工作,并且由于设备的轨对轨输入和输出,整个电源范围可用。直流性能优异,最大失调电压为350µV。这来自于修整输入偏置电压,并消除输入偏置电流,其中最大输入偏置电流为250nA。该器件可用于商业和工业温度等级,采用SOIC和SOT-23封装,可用于小型多功能放大器。

表演

表1总结了LT1800的性能。输入偏置电压和输入偏置电流由各轨共模电压指定并保证。输入偏置电压和输入偏置电流都经过修整,以获得最大精度,输入靠近负轨。

表1:规格
参数条件价值单位
3 db带宽(V) = 180兆赫
带宽增益积
80兆赫
转换速率
25V /μs
电源电流
2.0马克思
营运供应范围
2.5至12V
输入偏置电压V(cm) = 0v so-8350 MaxμV
V(cm) = 0v, sot-23750 Max
V(cm) = V(+) so-83000 Max
V(cm) = V(+) sot-233500 Max
输入偏置电流V(cm) = 1v250 MaxnA
V(cm) = V(+)1500 Max
CMRRV(S) = 5V, V(CM) = 0V ~ 3.5V85分钟dB
PSRRV(S) = 2.5V ~ 10V, V(CM) = 0V80分钟dB
输入电压噪声f = 10kHz8nV /√赫兹
谐波失真f(C) = 1MHz, V(S) = 5V, A(V) =1, V(O) = 2V(P-P)-75年dBc
(卷)V(S) = 5V, V(O) = 0.5V ~ 4.5V, R(L) =1k35分钟k
输出电压摆幅高I(L) = 5mAV(+) - 250最大mV
I(L) = 20mAV(+) - 750 Max
输出电压摆幅低I(L) = 5mA160 Max
I(L) = 20mA450 Max

LT1800具有良好的电容性,使其比大多数其他80MHz放大器更易于使用。图1和图2显示了该器件在1k负载和1k与50pF并联时的小信号行为。大信号响应也表现良好,如图3所示。


图1所示。小信号响应R(L) = 1k。


图2。小信号响应R(L) = 1k, C(L) = 50pF。


图3。大信号响应R(L) = 1k, C(L) = 50pF。

电路描述

图4显示了放大器的简化原理图。电路由三个不同的级组成:输入级、中间级和输出级。输入级由两个差分放大器组成,一个PNP级(Q1-Q2)和一个NPN级(Q3-Q4),它们在输入共模范围的不同部分有效。中间级是由Q12-Q16形成的折叠级联结构,提供了大部分的电压增益。一对互补的共发射极器件Q17-18创建了一个可以从轨道到轨道摆动的输出级。


图4。简化的示意图。

看看输入级,器件Q5-8的作用是消除PNP输入对的偏置电流。当Q1-Q2有源时,Q5的电流被控制为与Q1-Q2的电流相同,因此Q5的基极电流名义上等于输入器件的基极电流。Q5的基极电流由器件Q6-Q8镜像到每个输入端。对于大于Q7和Q8饱和电压的共模电压,约V(-) + 0.2V,直至PNP器件关闭的电压,约V(+) - 1.2V,对消有效。

用于3V操作的1MHz四阶巴特沃斯滤波器

图6所示的电路利用LT1800的低电压工作和宽带宽来创建一个由3V电源供电的直流精确1MHz 4阶低通滤波器。放大器配置为反相模式以获得最低的失真,输出可以在轨道到轨道之间摆动以获得最大的动态范围。图7显示了滤波器的频率响应。在50MHz时阻带衰减大于100dB。当输入信号为2.25V(P-P), 250kHz时,滤波器谐波失真积小于-85dBc。最坏情况下输出偏置小于6mV。


图6。3V, 1MHz, 4阶巴特沃斯滤波器。


图7。1MHz滤波器频率响应。

快速1A电流检测

图8显示了一个简单、快速的电流传感器,适用于快速响应超出范围的电流。该配置将0.1欧姆检测电阻上的电压放大20倍,从而产生2V/ a的转换增益。电路的-3dB带宽为4MHz,由于V(OS)和I(B)的不确定度小于4mA。最小输出电压最大60mV,对应30mA。图9显示了该电路的大信号响应。


图8。快速1A电流检测。


图9。电流感测放大器信号响应大。

单电源1A激光驱动器

图10显示了1A激光驱动器应用中使用的LT1800。LT1800非常适合这项控制任务的原因之一是,它的2.4V工作确保它将在上电和控制电路之前唤醒,否则会在2.1V阈值激光器中产生显着电流。将LT1800的非反相输入驱动到某个电压V(IN),使其输出上升,打开FMMT619大电流NPN晶体管和SFH495红外激光器。晶体管和激光器将打开,直到输入电压出现在LT1800反相输入,因此也出现在1欧姆电阻R1上。为了使这个发生,必须存在等于V(In)/R1的电流,并且它唯一可能来自的地方是通过激光。因此,整个电路是一个v - i转换器,具有每伏特1安培的特性。


图10。小型1A低占空比激光驱动器。

R1可以选择较低的值,但提醒设计者保持串联回路走线非常短:例如,即使引线电感为10nH,也会使16MHz极变为1欧姆, 1.6MHz极变为0.1欧姆!此外,当减小R1的值时,考虑晶体管V(BE)和激光器的动态阻抗的总和。它们将反馈电压除以R1,从而增加电路噪声增益。这会降低直流精度,降低可实现带宽。

采用频率补偿元件R2和C1,实现了快速且零超调的时域响应,避免了激光器中的过流现象。根据期望的响应特性、电路布局、R1的值以及所选择的实际激光和晶体管器件,它们可能因设计而异。虽然不是绝对必要的,但包括R3以确保运放的最小线性负载。图11显示了该电路的时域响应,在R1处测量,给定500mV 230ns输入脉冲。虽然所示电路能够进行1A操作,但激光器和晶体管是热限制的,因此必须在低占空比下操作。


图11。在500mA脉冲下,1A激光驱动电路的脉冲响应优于50ns。

低功率高压放大器

某些最近开发的材料具有依赖于直流电场存在和强度的光学特性。这些材料的许多应用需要在材料上施加偏置电压,有时高达100伏,正是为了实现和保持材料的所需性能。这些材料不导电,呈现出几乎纯容性负载。

图12显示了用于容性负载的放大器的LT1800,该放大器具有250V输出摆幅。当没有输入信号存在时,运放输出大约处于中电源位置。晶体管Q1和Q3为Q2和Q4产生偏置电压,由退化电阻R4和R5强制进入低静态电流。当暂态信号到达V(IN)时,运放输出从中电源跳脱,并根据信号极性产生电流通过Q2或Q4。电流受到LT1800输出的削波和发射极总体退化3k欧姆的限制,被电平转移到高压电源并镜像到容性负载中。这将导致电压在V(OUT)处反转,直到反馈回路(通过R3)得到满足。然后LT1800输出返回到近中电源,提供刚好足够的直流输出电流来维持R3上的输出电压。因此,电路在低电流保持状态和较高的瞬态但有限的电流转换状态之间交替。


图12。低功率高压放大器。

仔细注意电流水平,最大限度地减少功耗,允许密集的组件布局,并提供固有的输出短路保护。为了进一步节省电力,LT1800采用单电源供电,其输入端在地。由于输入在地,LT1800关闭其内部偏置电流抵消,并在外部添加R2恢复输入精度。

图13显示了当输出摆幅为200V、负载为100pF时放大器的时域响应。


图13。材料偏置放大器的大信号时域响应。

结论

LT1800为高速、低压信号调理提供了低功耗解决方案。该装置的轨对轨输入和输出最大的动态范围,并可以简化设计,消除负电源。要求源阻抗为1k或更高的电路,如滤波器,将受益于低输入偏置电流和低输入失调电压。在SOT-23封装中结合了速度,直流精度和低功耗,使LT1800成为低压信号调理的首选。

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