历史上的今天
今天是：2025年08月17日（星期日）
2018年08月17日 | 在高速应用中使用JFET输入放大器的优势
2018-08-17 来源：EEWORLD
作者：德州仪器Bharat Agrawal
电压反馈放大器可根据器件中的晶体管类型进行分类：双极互补金属氧化物半导体（CMOS）或是结型场效应晶体管（JFET）。一些放大器同时使用这两种晶体管，在放大器各阶段中获得对应的益处。例如，JFET输入放大器包含一个采用JFET的输入差分对，可产生非常大的放大器输入阻抗，之后是使用双极晶体管的增益和输出极。
JFET输入放大器可用作测试和测量模拟前端、电流感测放大器、模数转换器（ADC）驱动器、光电二极管跨阻放大器，或通过多路复用器用作多通道传感器接口。本文将以OPA2810为例，讨论在这些应用中使用JFET输入放大器的优势。OPA2810是一款110MHz、27V、宽输入差分电压（VIN, Diff）轨至轨输入/输出FET输入放大器。
数据采集和电流感测
测试与测量设备使用放大器作为单位增益缓冲器，或非反相增益配置来测量电压信号。该设备必须在不干扰测定量的情况下测量电压信号，这一操作可以通过JFET输入放大器中的高阻抗输入和低偏置电流来实现。在功率分析仪和示波器中，前端的大阻抗衰减器使得更需要采用一款高阻抗输入放大器。
JFET输入和CMOS放大器的输入端与输入差分对晶体管的栅极连接，可在几微微安范围内产生非常小的偏置电流。OPA2810的输入阻抗非常高，约2pA的偏置电流在其输入共模电压范围内变化最小，这可以通过使用主JFET输入级以及在正电源2.5V内工作的CMOS辅助级实现。电流感测应用测量电流流过并联电阻器所引起的电压降。如图1所示，OPA2810采用±12V电源供电时，随着输入共模电压（线性工作区远离电源）的变化，偏置电流变化相对较小，有助于最大限度地减小输入信号摆幅的偏移电压变化，提供高精度电流感测电路。
测试与测量设备还必须准确地在放大器输出上重新创建输入信号，由于具有75mA线性输出驱动能力，因此OPA2810具有出色的失真性能。由于设备通常采用线路供电，因此放大器必须在大于24V的电源电压下工作。
图1：OPA2810具有输入共模电压的偏置电流变化
宽带光电二极管跨阻抗应用
如图2所示，在宽带光电二极管跨阻抗应用中，通过使用配置的放大器，光电二极管电流被转换为电压。尽管高速放大器的增益带宽积对于实现大闭环增益非常有用，但JFET输入放大器中的低输入电流噪声和偏置电流有助于通过使用高至甚高跨阻抗增益来提高电路中的输出噪声性能，同时降低偏置电流导致的输出电压失调。设计师必须使用一个反馈电容CF来使该电路保持稳定。使用本文“需要了解跨阻抗放大器——第一部分”中的公式，计算图2中各组件的值，得出图3中所示的增益幅度和相位图。
图2：带反馈补偿电容的光电二极管跨阻放大器电路
图3：图2中跨阻放大器的增益幅度和相位波特图
多通道输入数据采集系统
与输出阻抗相对较高的传感器对接时，高阻抗输入放大器显得尤其有用。这种多通道系统通常通过多路复用器将这些传感器与信号链连接起来。您可以使用图4a所示的电路和放大器来连接每个传感器，并连接到多路复用器的输入。如图4b所示，备用电路在直接连接到传感器的多路复用器输出端，使用一个快速建立放大器，这样会在通道间切换时产生大信号瞬变，其中放大器的处理性能和最大允许输入差分电压开始显现重要性。
图4c显示了在OPA2810的同相输入端施加8V阶跃时的输出电压和输入差分电压，OPA2810是图4b中所配置的一个单位增益缓冲器。
图4：具有多个慢速建立放大器的多通道传感器前端（a）；使用单个OPA2810进行快速建立（b）；使用OPA2810的大信号瞬态响应（c）
由于快速输入瞬态，放大器受到摆动限制，输入端彼此停止追踪（图4c中最大VIN, Diff为7V），直到输出达到其最终值并且负反馈回路闭合。对于VIN, Diff额定值为0.7-1.5V的标准放大器，您必须使用与输入引脚串联的限流电阻来防止发生不可逆转的损坏，这样也会限制器件的频率响应。OPA2810具有内置输入钳位，可实现VIN,Diff高达7V的应用，无需使用外部电阻，也不会损坏器件或改变性能规格。这种输入级结构与快速建立性能相结合，使得OPA2810非常适合多通道传感器复用系统。
ADC驱动程序
在大多数此类应用中，高速放大器可能会驱动逐次逼近寄存器（SAR）或流水线ADC。由于ADC会在采样间隔期间开关输出电容器，所以在驱动这些转换器时，必须使用放大器来防止发生输入负载。对于快速采样速率，ADC输入需要在数字化开始之前快速稳定在0.5 LSB以内，由于其增益带宽积更大，因此可以使用高速放大器，从而实现环路增益并改善稳定性能。如图5所示，OPA2810在约130ns内稳定在最终值的0.001%内，具有10V的输入阶跃和24V电源的单位增益。由于其具有较大的摆率和快速处理性能，您可以使用OPA2810放大器在其输入端将多个较低频率的信号数字化。在电源电压高于ADC的情况下使用高压JFET输入放大器，有助于通过使用ADC的全输入动态范围，实现更佳的信噪比和失真比（SINAD）。
图5：大信号瞬态和稳定响应
因此，像OPA2810这样的JFET输入放大器，以其高抗阻输入、出色的失真性能、快速处理能力和宽电源范围，可以为上述不同的高速应用中带来多种益处。如需选择最适合您应用要求的高速放大器，请务必查看德州仪器的高抗阻输入高速放大器系列。
其他资源
欲了解各种放大器拓扑结构的更多信息，请下载模拟设计期刊文章“放大器中的源电阻和噪声考虑事项”。
阅读博文“您需要了解跨阻抗放大器 - 第一部分”。
浏览超过40个关于运算放大器(op amp)主题的培训视频，如噪音、带宽和稳定性。
搜索德州仪器高速运算放大器，并查找技术资源。
上一篇:零漂移放大器：特性和优势
史海拾趣
|
怎么判定芯片的真伪？ 概述： 通过化学腐蚀及物理显微观察、简单电性能等方法，来检验鉴定器件是否为原半导体厂商的器件。 检验的内容： A、货品外包装、湿度标示卡、器件日期批号等检查确认及记录 B、外观检测，器件的表面状况、印字标准、重 ...… 查看全部问答＞ |
|
转自：http://www.1000bbs.com/dispbbs.asp?boardid=51&Id=261604 首先声明一下身份：辽宁锦州安防器材经销商、工程商。 我开始选择红外一体机，是因为甲方点着名要这玩意。 选了哪些厂家的哪些型号的红外机，恕我不一一列举了。总之，深圳的、 ...… 查看全部问答＞ |
|
WINCE SDK平台改变后出现的问题： fatal error LNK1112: module machine type \'ARM\' conflicts with target machine type \'SH3\' 这要怎么解决啊？？？… 查看全部问答＞ |
|
我现在程序在外部flash运行，LPC2292,外部flash是sst39vf1601,在外部flash的0x10000地址（也就是arm看到的0x80010000地址开始我是烧的fpga程序，这个已经是没问题的），在用EASYJTAG-H外部仿真的时候，在MAIN入口处，我也看到了数据。startup.s的设 ...… 查看全部问答＞ |
|
软件名称：SEFS安全透明加密内核 软件版本：1.0 建议分类：系统安全／文件加密 软件大小：635K 安装平台：Win2000/xp/2003 软件语言：简体中文／繁体中文／英文 软件授权：共享软件 软件主页：http://www.sefs.net 支持邮箱：admin@sefs.ne ...… 查看全部问答＞ |
|
大家好，我在编译一个代码出现了栈溢出警告， 理论上讲我的数据段为： map文件 6 152 bytes of CODE memory 1 268 bytes of DATA memory (+ 56 absolute ) 463 bytes of CONST memory 而栈的使用情况 ...… 查看全部问答＞ |
|
Visual Basic设计完成了上位机界面；同时利用51单片机作为下位机微处理器，采集无刷电机运行工作中的电压、电流和转速等基本参数，通过串行通讯口将数据上传至上位机系统中。上位机系统对下位机上传的数据加以分析计算，直观的绘制个参数的变化曲线 ...… 查看全部问答＞ |
|
美国全国运输安全委员会(National Transportation Safety Board, 简称NTSB)的调查人员正在分析近一个月前发生的两起波音(Boeing Co., BA) 787梦想飞机起火事故是否与锂电池内部细微结构（即树枝晶）的构造有关。相关事故已导致波音787飞机禁飞。 & ...… 查看全部问答＞ |