ATOS放大器E-ME-AC-01FATOS放大器增加信號幅度或功率的裝置，它是自動(dòng)化技術(shù)工具中處理信號的重要元件。放大器的放大作用是用輸入信號控制能源來實(shí)現(xiàn)的，放大所需功耗由能源提供。對于線性放大器，輸出就是輸入信號的復(fù)現(xiàn)和增強(qiáng)。對于非線性放大器，輸出則與輸入信號成一定函數(shù)關(guān)系。放大器按所處理信號物理量分為機(jī)械放大器、機(jī)電
放大器 放大器、電子放大器、液動(dòng)放大器和氣動(dòng)放大器等，其中用得zui廣泛的是電子放大器。隨著射流技術(shù)（見射流元件）的推廣，液動(dòng)或氣動(dòng)放大器的應(yīng)用也逐漸增多。電子放大器又按所用有源器件分為真空管放大器、晶體管放大器、固體放大器和磁放大器，其中又以晶體管放大器應(yīng)用zui廣。在自動(dòng)化儀表中晶體管放大器常用于信號的電壓放大和電流放大，主要形式有單端放大和推挽放大。此外，還常用于阻抗匹配、隔離、電流-電壓轉(zhuǎn)換、電荷-電壓轉(zhuǎn)換（如電荷放大器）以及利用放大器實(shí)現(xiàn)輸出與輸入之間的一定函數(shù)關(guān)系（如運(yùn)算放大器）。
ATOS放大器E-ME-AC-01FATOS放大器設(shè)計(jì)的過程是怎么樣的，我們做一個(gè)詳細(xì)的探討？
運(yùn)算放大器是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的一個(gè)zui通用、zui重要的的單元。全差分運(yùn)放是指輸入和輸出都是差分信號的運(yùn)放, 與普通的單端輸出運(yùn)放相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn): 輸出的電壓擺幅較大;較好的抑制共模噪聲;更低的噪聲;抑制諧波失真的偶數(shù)階項(xiàng)比較好等。因此通常高性能的運(yùn)放多采用全差分形式。近年來,全差分運(yùn)放更高的單位增益帶寬頻率及更大的輸出擺幅使得它在高速和低壓電路中的應(yīng)用更加廣泛。隨著日益增加的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率, 高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器需求越來越廣泛, 而高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要高增益和高單位增益帶寬運(yùn)放來滿足系統(tǒng)精度和快速建立的需要。速度和精度是模擬電路兩個(gè)zui重要的性能指標(biāo),然而,這兩者的要求是互相制約、互為矛盾的。所以同時(shí)滿足這兩方面的要求是困難的。折疊共源共柵技術(shù)可以較成功地解決這一難題, 這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)放具有較高的開環(huán)增益及很高的單位增益帶寬。全差分運(yùn)放的缺點(diǎn)是它外部反饋環(huán)的共模環(huán)路增益很小, 輸出共模電平不能確定,因此,一般情況下需加共模反饋電路[1] 。
ATOS運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)重要有三種:(a) 簡單兩級運(yùn)放,(b)折疊共源共柵,(c)共源共柵,如圖1 的前級所示。本次設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求差分輸出幅度為±4V, 即輸出端的所有NMOS 管的VDSAT,N 之和小于0.5V,輸出端的所有PMOS 管的VDSAT,P 之和也必須小于0.5V[1] 。
主運(yùn)放結(jié)構(gòu)該運(yùn)算放大器存在兩級:(1)Cascode 級增大直流增益(M1-M8)；(2)、共源放大器(M9-M12)[1] 。共模負(fù)反饋對于全差分運(yùn)放, 為了穩(wěn)定輸出共模電壓,應(yīng)加入共模負(fù)反饋電路。在設(shè)計(jì)輸出平衡的全差分運(yùn)算放大器的時(shí)候,必須考慮到以下幾點(diǎn):共模負(fù)反饋的開環(huán)直流增益要求足夠大,能夠于差分開環(huán)直流增益相當(dāng);共模負(fù)反饋的單位增益帶寬也要求足夠大,接近差分單位增益帶寬;為了確保共模負(fù)反饋的穩(wěn)定, 一般情況下要求進(jìn)行共模回路補(bǔ)償;共模信號監(jiān)測器要求具有很好的線性特性;共模負(fù)反饋與差模信號無關(guān), 即使差模信號通路是關(guān)斷的[1] 。
該運(yùn)算放大采用連續(xù)時(shí)間方式來實(shí)現(xiàn)共模負(fù)反饋功能。 |
