设计高性能放大器子系统的技巧

li5236 2023-08-08 440

三极管放大器

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放大器用于不同的应用。它们可以缓冲高速 ADC 的输入、驱动多个视频负载以及放大测试仪器应用的高速脉冲信号。

当今市场上的大多数高速（》 50MHz）放大器都非常易于使用，但如果有机会，也可以成为非常稳定的振荡器。高速放大器振荡的原因是：

1）驱动容性负载而不缓冲放大器的输出；

2）电路板布局引起的附加电感或电容；

3）供电旁路不当；和，

4）放大器的设计规则被破坏。

本文详细讨论了这些罪魁祸首以及设计高速放大器的一般准则。

驱动负载、电缆

驱动容性负载会直接降低放大器的相位裕度。容性负载和放大器的输出阻抗会导致相位滞后，从而导致欠阻尼脉冲响应或振荡。

有些放大器可以直接驱动大容性负载，而另一些则需要一系列电阻来缓冲输出级。请参阅放大器的数据表以确定您的放大器属于哪个类别。

放大器输出端的小串联电阻（ R s ）可提高稳定性和稳定性能（下图 1）。

图 1：放大器输出端的小串联电阻可提高稳定性和稳定性能。

不使用串联电阻驱动同轴电缆也会导致频率峰值或振荡。下面的图 2 显示了驱动同轴电缆的典型电路配置。电阻器R s和R L 等于电缆或传输线的特征阻抗（ Z o ）。放大器的输出阻抗随着频率的增加而增加。

电容器C可用于在更大的频率范围内匹配电缆 - 它可以补偿放大器不断增加的输出阻抗。

图 2：在不使用串联电阻的情况下驱动同轴电缆也会导致频率峰值或振荡。

布局指南

总体布局和电源旁路在高频性能中发挥着重要作用。高速放大器敏感的引脚是反相输入和输出引脚。请遵循以下一般布局指南：

1）在电路板上使用接地层，为组件提供低电感接地连接。但是，请移除高速放大器下方和周围的接地层，特别是输入和输出引脚附近的接地层，以减少杂散电容。

2）消除 I/O 端子附近的任何寄生电容或电感。

3）尽可能使用表面贴装元件，因为它们的引线电感较低。如果使用引线元件，请尽量缩短引线长度，尤其是R f 和R g，以减少放大器反相输入端的串联电感。

4）使用紧凑的布局，并化所有走线长度（尤其是R f 和R g），以减少放大器反相输入端的串联电感。

5）请勿使用插座。将表面贴装封装直接焊接到 PCB 上可获得结果。如有必要，请使用齐平安装插座引脚而不是高型插座引脚。

6）查看制造商的数据表，确保不违反放大器的稳定增益。

旁路注意事项

在每个电源上使用旁路电容器。旁路电容器在电源引脚处提供低阻抗返回电流路径，改善电源噪声抑制以及电源迹线上的高频滤波。有关推荐的电容器值，请参阅制造商的数据表。

大多数制造商建议使用 6.8 微法拉钽电容器和 0.1 微法拉陶瓷电容器。在某些情况下，多个放大器可以共用钽电容器。

然而，为了获得效果，请为系统中的每个放大器使用陶瓷电容器。为了获得性能，请将 6.8microFarad 电容器放置在距离电源引脚 0.75 英寸的范围内，将 0.1microFarad 电容器放置在距离电源引脚 0.1 英寸的范围内。

将陶瓷电容器放置在距离电源引脚 0.1 英寸的范围内非常重要。随着距离的增加，由于增加了走线电感，电容器的效率会降低。

图 3：将陶瓷电容器放置在距离电源引脚 0.1 英寸的范围内非常重要。随着距离的增加，由于增加了走线电感，电容器的效率会降低。

上面的图 3 显示了单电源放大器的示例。如果使用双电源放大器，只需为另一个电源添加相同的旁路电容器即可。

一些放大器有稳定增益要求。如果放大器的使用增益低于建议的稳定增益，则放大器可能会振荡。

如果使用电流反馈放大器，请使用制造商推荐的反馈电阻器值来满足您的增益要求。

请勿在放大器的直接反馈环路中使用电容器或其他非线性元件。使用反馈电阻器进行单位增益配置；不要使用标准电压跟随电路。

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