作者：德州儀器Bharat Agrawal

電壓反饋放大器可根據(jù)器件中的晶體管類型進(jìn)行分類：雙極互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）或是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET）。一些放大器同時(shí)使用這兩種晶體管，在放大器各階段中獲得對(duì)應(yīng)的益處。例如，JFET輸入放大器包含一個(gè)采用JFET的輸入差分對(duì)，可產(chǎn)生非常大的放大器輸入阻抗，之后是使用雙極晶體管的增益和輸出極。

JFET輸入放大器可用作測(cè)試和測(cè)量模擬前端、電流感測(cè)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）驅(qū)動(dòng)器、光電二極管跨阻放大器，或通過(guò)多路復(fù)用器用作多通道傳感器接口。本文將以O(shè)PA2810為例，討論在這些應(yīng)用中使用JFET輸入放大器的優(yōu)勢(shì)。OPA2810是一款110MHz、27V、寬輸入差分電壓（VIN, Diff）軌至軌輸入/輸出FET輸入放大器。

數(shù)據(jù)采集和電流感測(cè)

測(cè)試與測(cè)量設(shè)備使用放大器作為單位增益緩沖器，或非反相增益配置來(lái)測(cè)量電壓信號(hào)。該設(shè)備必須在不干擾測(cè)定量的情況下測(cè)量電壓信號(hào)，這一操作可以通過(guò)JFET輸入放大器中的高阻抗輸入和低偏置電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。在功率分析儀和示波器中，前端的大阻抗衰減器使得更需要采用一款高阻抗輸入放大器。

JFET輸入和CMOS放大器的輸入端與輸入差分對(duì)晶體管的柵極連接，可在幾微微安范圍內(nèi)產(chǎn)生非常小的偏置電流。OPA2810的輸入阻抗非常高，約2pA的偏置電流在其輸入共模電壓范圍內(nèi)變化最小，這可以通過(guò)使用主JFET輸入級(jí)以及在正電源2.5V內(nèi)工作的CMOS輔助級(jí)實(shí)現(xiàn)。電流感測(cè)應(yīng)用測(cè)量電流流過(guò)并聯(lián)電阻器所引起的電壓降。如圖1所示，OPA2810采用±12V電源供電時(shí)，隨著輸入共模電壓（線性工作區(qū)遠(yuǎn)離電源）的變化，偏置電流變化相對(duì)較小，有助于最大限度地減小輸入信號(hào)擺幅的偏移電壓變化，提供高精度電流感測(cè)電路。

測(cè)試與測(cè)量設(shè)備還必須準(zhǔn)確地在放大器輸出上重新創(chuàng)建輸入信號(hào)，由于具有75mA線性輸出驅(qū)動(dòng)能力，因此OPA2810具有出色的失真性能。由于設(shè)備通常采用線路供電，因此放大器必須在大于24V的電源電壓下工作。

圖1：OPA2810具有輸入共模電壓的偏置電流變化

寬帶光電二極管跨阻抗應(yīng)用

如圖2所示，在寬帶光電二極管跨阻抗應(yīng)用中，通過(guò)使用配置的放大器，光電二極管電流被轉(zhuǎn)換為電壓。盡管高速放大器的增益帶寬積對(duì)于實(shí)現(xiàn)大閉環(huán)增益非常有用，但JFET輸入放大器中的低輸入電流噪聲和偏置電流有助于通過(guò)使用高至甚高跨阻抗增益來(lái)提高電路中的輸出噪聲性能，同時(shí)降低偏置電流導(dǎo)致的輸出電壓失調(diào)。設(shè)計(jì)師必須使用一個(gè)反饋電容CF來(lái)使該電路保持穩(wěn)定。使用本文“需要了解跨阻抗放大器——第一部分”中的公式，計(jì)算圖2中各組件的值，得出圖3中所示的增益幅度和相位圖。

圖2：帶反饋補(bǔ)償電容的光電二極管跨阻放大器電路

圖3：圖2中跨阻放大器的增益幅度和相位波特圖

多通道輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

與輸出阻抗相對(duì)較高的傳感器對(duì)接時(shí)，高阻抗輸入放大器顯得尤其有用。這種多通道系統(tǒng)通常通過(guò)多路復(fù)用器將這些傳感器與信號(hào)鏈連接起來(lái)。您可以使用圖4a所示的電路和放大器來(lái)連接每個(gè)傳感器，并連接到多路復(fù)用器的輸入。如圖4b所示，備用電路在直接連接到傳感器的多路復(fù)用器輸出端，使用一個(gè)快速建立放大器，這樣會(huì)在通道間切換時(shí)產(chǎn)生大信號(hào)瞬變，其中放大器的處理性能和最大允許輸入差分電壓開(kāi)始顯現(xiàn)重要性。

圖4c顯示了在OPA2810的同相輸入端施加8V階躍時(shí)的輸出電壓和輸入差分電壓，OPA2810是圖4b中所配置的一個(gè)單位增益緩沖器。

圖4：具有多個(gè)慢速建立放大器的多通道傳感器前端（a）；使用單個(gè)OPA2810進(jìn)行快速建立（b）；使用OPA2810的大信號(hào)瞬態(tài)響應(yīng)（c）

由于快速輸入瞬態(tài)，放大器受到擺動(dòng)限制，輸入端彼此停止追蹤（圖4c中最大VIN, Diff為7V），直到輸出達(dá)到其最終值并且負(fù)反饋回路閉合。對(duì)于VIN, Diff額定值為0.7-1.5V的標(biāo)準(zhǔn)放大器，您必須使用與輸入引腳串聯(lián)的限流電阻來(lái)防止發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞，這樣也會(huì)限制器件的頻率響應(yīng)。OPA2810具有內(nèi)置輸入鉗位，可實(shí)現(xiàn)VIN,Diff高達(dá)7V的應(yīng)用，無(wú)需使用外部電阻，也不會(huì)損壞器件或改變性能規(guī)格。這種輸入級(jí)結(jié)構(gòu)與快速建立性能相結(jié)合，使得OPA2810非常適合多通道傳感器復(fù)用系統(tǒng)。

ADC驅(qū)動(dòng)程序

在大多數(shù)此類應(yīng)用中，高速放大器可能會(huì)驅(qū)動(dòng)逐次逼近寄存器（SAR）或流水線ADC。由于ADC會(huì)在采樣間隔期間開(kāi)關(guān)輸出電容器，所以在驅(qū)動(dòng)這些轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須使用放大器來(lái)防止發(fā)生輸入負(fù)載。對(duì)于快速采樣速率，ADC輸入需要在數(shù)字化開(kāi)始之前快速穩(wěn)定在0.5 LSB以內(nèi)，由于其增益帶寬積更大，因此可以使用高速放大器，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)路增益并改善穩(wěn)定性能。如圖5所示，OPA2810在約130ns內(nèi)穩(wěn)定在最終值的0.001%內(nèi)，具有10V的輸入階躍和24V電源的單位增益。由于其具有較大的擺率和快速處理性能，您可以使用OPA2810放大器在其輸入端將多個(gè)較低頻率的信號(hào)數(shù)字化。在電源電壓高于ADC的情況下使用高壓JFET輸入放大器，有助于通過(guò)使用ADC的全輸入動(dòng)態(tài)范圍，實(shí)現(xiàn)更佳的信噪比和失真比（SINAD）。

圖5：大信號(hào)瞬態(tài)和穩(wěn)定響應(yīng)

因此，像OPA2810這樣的JFET輸入放大器，以其高抗阻輸入、出色的失真性能、快速處理能力和寬電源范圍，可以為上述不同的高速應(yīng)用中帶來(lái)多種益處。如需選擇最適合您應(yīng)用要求的高速放大器，請(qǐng)務(wù)必查看德州儀器的高抗阻輸入高速放大器系列。

審核編輯：何安