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高性能分立式匹配晶体管缓冲器的设计

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-05-21

  ?当高精度和最小空间不是特别重要的指标时,零件成本为50美分的双JFET放大器足以满足性能要求,它可提供数百兆赫的带宽,偏移误差仅10mV或更低,漂移为10μV/oC或更少。通过应用创新,分立元件电路也可以获得良好的性能,即使运算放大器过时仍然可以使用。缓冲器也可以成为设计库的一个重要部分。

  x1电压放大器的设计目标是实现这样的理想电压放大器:无限大的输入阻抗、零输出阻抗和线性度。为了实现高输入阻抗,使用JFET而不是BJT,如图1的缓冲电路所示。

  尽管单封装双器件(如2N3958、2N5196~2N5199,以及2N5564~2N5566等)在热跟踪方面具有优势,为降低成本,我们还是选择离散JFET器件。低端的双器件价格每个大约4.50美元,最好的则超过40美元。如果您可以承担额外的成本,可以选择价格贵的双器件,因为它们的热跟踪性能优于离散JFET。

  设计缓冲器所需要的一些离散N沟道JFET的替代器件包括2N5484~2N5486。2N5485的成本约为每个0.20美元(批量采购数百个时)。其漏极电流的标称设计值在4~10mA规定范围内,中值为IDSS = 7mA(IDSS为ID@VGS = 0V)。此外,选择了两个JFET以便使用曲线跟踪器进行匹配。可以通过人工将它们分类为匹配的IDSS箱,每对花费不到一分钟的时间,产生的额外成本为0.10美元(按照美国劳动力成本计算)。

  接下来,选择一些标准电源电压:VDD = +12V,VSS = -5V。这些电源电压在桌面电脑和仪器中都很常见。

  匹配JFET的第一个设计特征是匹配晶体管的静态(dc)跟踪。如果底部晶体管QL的栅极连接到其源极,则VGS = 0V,漏极电流为IDSS。如果相同的电流通过QU(带有开路负载),那么由于它是匹配的,其VGS也是零,并且输入到输出之间没有电压失调。

  这一绝妙的设计技巧还可以通过将JFET工作点设置为零TC点来改善,其中具有给定ID的VGS的热漂移在整个温度范围内是最小的。对于JFET,零漂移VGS比夹断电压高约0.8V。VGSZ的值是各种温度的ID线.8V。2N5485(Siliconix)的曲线(Siliconix)的曲线图。

  热失真随着输入电压的变化,两个JFET的功耗也会发生变化。功率的变化引起硅温度的变化,这会导致放大器响应中产生热感应电噪声或“热”。这种“噪声”与波形有关,最好视为热失真。通过设置JFET最大功耗的工作点(op-pt或偏置)可以使JFET的功耗最小,而无需改变输入(即在op-pt点)。功率的变化(我们希望最小化)在峰值功率附近最小,其中抛物线的导数值或斜率最小。

  ΔpD最大时,功率随vL的变化最小,这是使热失真最小所需要的。最大差分功率时的vL值为:

  在图3中,vL0 = 5.3V。虽然功耗在此输出电压下匹配,但围绕此值的任何变化都会导致ΔpD的变化大于vL(max)附近vL的相同变化。因此,优选的偏置点是vL(max)。

  在图3中,vL(max) = 1.62V。但是,给定的电路参数导致静态vL为0V。为了调整JFET上的静态电压,增加了一个额外的串联电阻Rc。一般情况下,让静态输出电压为VL。然后在VL处设置差分功率抛物线的顶点:

  在这个设计中,Rc = 490Ω。Cc绕过Rc,使得漏极处不会出现明显的电压变化。

  当ICL(=IEU)随温度变化时,电阻保持恒定。随着温度升高,VBEL降低,ICL升高。同时,reU随热电压VT增加,但增加的发射极电流通过降低reU来补偿。来自QL的电流TC补偿re的变化,这会影响缓冲器电压增益。

  这里介绍的基本缓冲级可以通过跟从互补BJT CC级来改进,其中消除了NPN和PNP的b-e结。如果匹配的NPN与QL源串联,它将补偿随后的NPN CC级。

  OPA692提供易于使用的宽带固定增益视频缓冲放大器。根据外部连接,内部电阻网络可用于提供+2视频缓冲器的固定增益或+1或?? 1电压缓冲器的增益。 OPA692采用极低的5.1mA电源电流工作,提供压摆率和输出功率,通常与更高的电源电流相关。新的输出级架构可提供高输出电流,并具有最小的裕量和交叉失真。这提供了出色的单电源操作。采用+ 5V单电源供电,OPA692可提供1V至4V输出摆幅,驱动电流超过120mA,且

  200MHz带宽。这些功能组合使OPA692成为理想的RGB线路驱动器或单电源模数转换器(ADC)输入驱动器。 OPA692的低5.1mA电源电流精确调整为+25 C。与仅报告室温标称电源电流的竞争产品相比,这种微调以及低温漂移确保了更低的最大电源电流。使用可选的禁用控制引脚可以进一步降低系统功耗。将此禁用引脚保持打开状态或保持高电平可使其正常工作。如果拉低,则OPA692电源电流降至150μA以下,同时I /O引脚进入高阻态。 特性 灵活的供电范围: + 5V至+ 12V单电源 ±2.5V至±6V双电源 内部固定增益:+2或±1 高带宽(G = +2):225MHz 低电源电流:5.1mA 低禁用电流:150μA 高输出电流:190mA 输出电压摆幅...

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