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利用跨导放大器实现开发高输出电流脉冲源

发布时间:2020-09-18 责任编辑:lina

【导读】本文将继续介绍另一款跨导放大器 — 电流模式放大器OPA615,并将介绍将其用于开发高输出电流的电流脉冲源。对于本次实验,将会使用鲜为人知的OPA615放大器。如果查看产品说明书,您就会发现这款放大器最初是作为模拟视频功能的 DC 恢复功能开发的,几年前被集成到更低功耗的更小外形封装中。
 
本文将继续介绍另一款跨导放大器 — 电流模式放大器OPA615,并将介绍将其用于开发高输出电流的电流脉冲源。对于本次实验,将会使用鲜为人知的OPA615放大器。如果查看产品说明书,您就会发现这款放大器最初是作为模拟视频功能的 DC 恢复功能开发的,几年前被集成到更低功耗的更小外形封装中。OPA615器件的优势在于它具有两个跨导放大器和一个集成开关。这三个元件的结合能够使器件具备极高的灵活性,实现纳秒脉冲积分器以及采样保持功能。开关速度很快,控制延迟时间为 2.5ns。查看图 1 中的OPA615方框图。
 
利用跨导放大器实现开发高输出电流脉冲源
图 1:OPA615方框图
 
如图 1 所示,第一个跨导放大器其实是一个比较器,实际上是紧挨一个开关的差分对输入。注意:该比较器输出是一个电流源。比较器与开关组成采样比较器 (SC),这正是其优势所在。运算跨导放大器 (OTA) 模块在这里可以忽略。
 
这里的几个重要参数是 SC 模块的 350MHz 带宽及 ±20mA 输出电流容量以及开关的 2.5ns 控制传输延迟时间。为了增大输出电流,我们将依次使用两个电流镜来提供所需的电流放大功能。一个电流镜采用 NPN 晶体管,另一个则采用 PNP 晶体管,如图 2 所示。
 
利用跨导放大器实现开发高输出电流脉冲源
图 2:脉冲电流源方框图
 
尽管 SC 的输出是双极性,但我们开发的是单极性输出,可快速评估该电源的可行性和性能。
 
我们将晶体管阵列用于电流镜实施,最初是想获得 200mA 以上的电流,但是由于封装的散热限制,只能在每个电流镜中加入三个四晶体管阵列,总共 12 个晶体管。因此,电流镜比例是 1:11。在每个晶体管中保持相同的电流密度,避免局部过热,敬请参见图 3。
 
利用跨导放大器实现开发高输出电流脉冲源
图 3:NPN 电流镜的实施
 
下列图 4 给出了针对 1.8A 500ns 电流脉冲和 200mA 5ms 电流脉冲的脉冲响应。
 
利用跨导放大器实现开发高输出电流脉冲源
图 4:1.8A 500ns 电流脉冲(上),200mA 5ms 电流脉冲(下)
 
为避免负载引起的电流源电压合规性限制问题,我们选择用晶体管来处理 60V 电压,并从 ±5V 电源单独调整电源。在上图中,+20V 用于电流源,而 ±5V 则用于OPA615的电源。
 
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