复合放大器:高精度的高输出驱动能力

要开发的应用似乎不存在解决方案是很正常的,甚至几乎是情理之中的。为了满足应用要求,我们需要想出一种超出市场上现有产品性能的解决方案。例如,应用可能需要具有高速、高电压、高输出驱动能力的放大器,同时还可能要求出色的直流精度、低噪声、低失真等。

满足速度和输出电压/电流要求的放大器以及具有出色直流精度的放大器在市场上很容易获得,事实上很多都是如此。但是,所有这些要求可能无法通过单个放大器来满足。当遇到这样的问题时,有些人会认为我们不可能满足此类应用的要求,我们必须满足于平庸的解决方案,要么选用精密放大器,要么选用高速放大器,可能要牺牲一些要求。幸运的是,这并非全然正确。对此,有一种解决方案是采用复合放大器,本文将说明它是如何实现的。

复合放大器

复合放大器由两个独立的放大器组成,其配置方式使得人们既能实现每个放大器的优点,又能削弱每个放大器的缺点。

复合放大器:高精度的高输出驱动能力

1.简单复合放大器配置

参考图1,AMP1具有应用所需的出色直流精度以及噪声和失真性能。AMP2满足输出驱动要求。在这种配置中,具有所需输出规格的放大器(AMP2)放置在具有所需输入规格的放大器(AMP1)的反馈环路中。下面将讨论这种配置涉及的一些技术及其益处。

设置增益

初遇复合放大器时,第一个问题可能是如何设置增益。为了解决这个问题,将复合放大器视为包含在大三角形内的单个同相运算放大器是有帮助的,如图2所示。想象大三角形是黑色的,我们无法看清里面的东西,那么同相运算放大器的增益就是1 + R1/R2。揭开大三角形内部的复合配置并没有改变任何东西,整个电路的增益仍然由R1和R2的比率控制。

在这种配置中,人们很容易认为通过R3和R4改变AMP2的增益会影响AMP2的输出电平,表明复合增益会发生变化,但事实并非如此。通过R3和R4提高AMP2周围的增益只会降低AMP1的有效增益和输出电平,而复合输出(AMP2输出)保持不变。或者,降低AMP2周围的增益将会提高AMP1的有效增益。因此,复合放大器的增益一般仅取决于R1和R2。

复合放大器:高精度的高输出驱动能力

2.复合放大器被视为单个放大器

本文将讨论实现复合放大器配置的主要优点和设计考虑因素。本文将重点说明其对带宽、直流精度、噪声和失真的影响。

带宽扩展

与配置为相同增益的单个放大器相比,实现复合放大器的主要优点之一是带宽更宽。

参考图3和图4,假设我们有两个独立的放大器,每个放大器的增益带宽积(GBWP)为100 MHz。将它们组合成一个复合配置,整个组合的有效GBWP将会增加。在单位增益时,复合放大器的-3 dB带宽要高出约27%,尽管有少量峰化。在更高增益下,这种优势变得越发明显。

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