取消負載可使運算放大器能夠實現高輸出電流,同時保持所有其他高精度規格,如非常高的開環增益、低失調電壓和電流、低失調電壓和失調電流噪聲以及低失真。
精密運算放大器通常具有非常高的開環增益、低失調電壓和電流、低失調電壓和失調電流噪聲以及低失真。明顯缺乏高輸出電流的能力,同時保持所有其他高精度規格。因此,高精度運算放大器在驅動低阻抗負載時存在問題。
一種解決方案是“取消”負載。如果您的阻性負載為“R”Ω并且您與之并聯的負電阻為“-R”Ω,則并聯組合的電阻是無限大的。如圖1所示的電路可以產生負電阻:Rin = -Rnf(R1/R2)。此數量的推導如下:
Vo = Vin(1 + R2/R1)
Iin = (VIN - Vo)/Rnf = -(Vin/Rnf)(R2/R1)
Rin = Vin/Iin = -Rnf(R1/R2).
圖1.該電路產生Rin = -Rnf(R1/R2)的負電阻。
圖2顯示了該概念的實際應用。第一個運算放大器是精確的單位增益緩沖器,第二個運算放大器是大電流、寬帶寬、增益為2的驅動器。由于該負電阻級中的R1 = R2,其輸入電阻為-Rnf = -200Ω,與精確緩沖器200Ω負載電阻的大小相匹配。如果這些幅度完全匹配,緩沖區將看到(幾乎)開路。
圖2.將一個負載消除負電阻與精密運算放大器的負載并聯,使該運算放大器能夠驅動200Ω
緩沖器驅動第二個放大器的正輸入,第二個放大器驅動負載。增益誤差、輸出電流限值和電阻失配限制了可驅動的最小電阻,但驅動200Ω負載很容易。該負載比精確放大器在不遭受性能損失的情況下可以處理的負載低一個數量級。
請注意,第一個運算放大器的精度(至一階)不受第二個運算放大器的增益誤差、失調電壓和失調電流的影響。驅動器也沒有顯著的正反饋,因為其正輸入由第一個運算放大器的極低輸出阻抗驅動。該電路的階躍響應表現良好,沒有振鈴。
負電阻方法同樣適用于雙電源運算放大器,因為負電阻部分可以拉出電流和吸收電流。如果驅動器運算放大器沒有內置增益設置電阻,則其同相增益可能設置得更接近單位,從而(可能)允許兩個運算放大器共享同一電源。這種方法限制了精密運算放大器的輸出擺幅,但在給定應用中,這種限制可能是可以接受的。為了保證精密運算放大器的全帶寬,驅動器運算放大器應具有更寬的帶寬。
審核編輯:郭婷
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