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将负载抵消负电阻与精密运放的负载并联的技术方案

来源:analog 发布时间:2023-08-25

摘要: 将负载抵消负电阻与精密运放的负载并联,使运放能够驱动低阻抗输出,同时保持高精度规格。

取消负载使运算放大器能够提供高输出电流,同时保持所有其他高精度规格,例如非常高的开环增益,低失调电压和电流,低失调电压和电流噪声以及低失真。

精确运算放大器通常具有很高的开环增益、低偏置电压和电流、低偏置电压和偏置电流噪声以及低失真。明显缺失的是高输出电流的能力,同时保持所有其他高精度规格。因此,高精度运放在驱动低阻抗负载方面存在问题。

一个解决方案是“取消”负载。如果你的电阻负载是“R”欧姆,你与它并联一个负电阻“-R”欧姆,并联组合的电阻是无限的。产生负电阻的电路如图1所示:Rin = -Rnf(R1/R2)这个数量的推导如下:

Vo = Vin(1 + R2/R1)

Iin = (Vin - Vo)/Rnf = -(Vin/Rnf)(R2/R1)

Rin = Vin/Iin = -Rnf(R1/R2)


图1所示 该电路产生的负电阻为Rin = -Rnf(R1/R2)

图2展示了这个概念的实际应用。第一个运算放大器是一个精确的单位增益缓冲器,第二个运算放大器是一个大电流、宽带宽、增益为2的驱动器。因为R1 = R2在这个负电阻阶段,它的输入电阻是-Rnf = -200欧姆,这与精确缓冲器的200欧姆负载电阻的大小相匹配。如果这些幅度完全匹配,缓冲器将看到一个(几乎)开路。


图2 将负载抵消负电阻与精密运放的负载并联,使运放能够驱动200欧姆

所述缓冲器驱动第二放大器的正输入,所述第二放大器驱动负载。增益误差、输出电流限制和电阻失配限制了可以驱动的最小电阻,但驱动200欧姆负载很容易。该负载比精确放大器在不遭受性能损失的情况下可以处理的负载低一个数量级。

请注意,第一运放的精度(到一阶)不受第二运放增益误差、失调电压和失调电流的影响。驱动器也没有显著的正反馈,因为它的正输入是由第一个运放的极低输出阻抗驱动的。该电路的阶跃响应表现得非常好,没有振铃。

负电阻方法同样适用于双电源运放,因为负电阻部分既可以源电流又可以吸收电流。如果驱动运放没有内置增益设置电阻,则其非反相增益可能被设置得更接近于统一,从而(可能)允许两个运放共享相同的电源。这种方法限制了精确运放的输出摆幅,但这种限制在给定应用中是可以接受的。为了保证精确运放的全带宽,驱动运放应该有更宽的带宽。

这篇文章的类似版本出现在2001年5月24日的EDN杂志上。



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