運(yùn)算放大器是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名"運(yùn)算放大器".運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)中。
文中介紹的就是一種以三個(gè)芯片級(jí)聯(lián)而成的差分運(yùn)算放大器，該運(yùn)放能實(shí)現(xiàn)窄脈沖小信號(hào)放大，脈沖的上升沿可以達(dá)到50ns.
1 設(shè)計(jì)目的
根據(jù)項(xiàng)目需要，本次設(shè)計(jì)的差分運(yùn)算放大器是用于放大檢波器輸出的信號(hào)的，由于接收機(jī)接受的信號(hào)是小信號(hào)脈沖調(diào)制，因此設(shè)計(jì)的運(yùn)放必要能夠放大小信號(hào)窄脈沖。因?yàn)樵谛⌒盘?hào)情況下，檢波器輸出為毫伏級(jí)別，而指標(biāo)要求輸出在-2~+2V之間，所以設(shè)計(jì)的差分放大電路放大倍數(shù)約100倍。
2 設(shè)計(jì)思路
由于此次設(shè)計(jì)的運(yùn)放是為了放大脈沖信號(hào)的，所以必須要考慮脈沖信號(hào)上升沿的問題，如果上升沿時(shí)間太大會(huì)導(dǎo)致脈沖信號(hào)的失真，因此設(shè)計(jì)的最初就是要限定脈沖信號(hào)上升沿時(shí)間T<50ns.由于脈沖信號(hào)的帶寬和上升沿存在如下關(guān)系：F×T=3.5（F表示帶寬），可知上升沿時(shí)間越小，帶寬就越大，當(dāng)上升沿時(shí)間T=50ns時(shí)。帶寬就要達(dá)到70MHz.因?yàn)檫\(yùn)放的帶寬和增益成反比，如果只使用一級(jí)運(yùn)放，在達(dá)到要求帶寬的同時(shí)增益就達(dá)不到要求的100,因此本次設(shè)計(jì)的運(yùn)放采用兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)，每級(jí)放大10倍。
3 相關(guān)電路
從以上分析可知本次運(yùn)放電路采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)。第一級(jí)首先對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行差分放大，芯片選擇AD公司的ADA4817-1和ADA4817-2,第一級(jí)放大電路如圖1所示。
第一級(jí)放大所用的芯片ADA4817-1（單通道）和ADA4817-2 （雙通道）FastFET放大器是單位增益穩(wěn)定、超高速電壓反饋型放大器，具有FET輸入。這些放大器采用ADI公司專有的超高速互補(bǔ)雙極型（XFCB）工藝，這一工藝可使放大器實(shí)現(xiàn)高速和超低的噪聲（4nV/√Hz;2.5 fA/√Hz）以及極高的輸入阻抗。
將第一級(jí)輸出的信號(hào)進(jìn)行二次放大，第二級(jí)放大選擇AD公司的AD8009芯片。圖2所示是第二級(jí)放大電路。
第二級(jí)放大所用的芯片AD8009是一款超高速電流反饋型放大器，壓擺率達(dá)到驚人的5 500 V/μs,上升時(shí)間僅為545ps,因而非常適合用作脈沖放大器。
此外為了防止自激，在兩級(jí)放大的中間連接了一個(gè)10Ω電阻。圖3是差分運(yùn)放的整體原理圖。
4 測試
圖4是示波器上顯示的是差分輸入端得兩個(gè)信號(hào)，從圖上可以看出，兩個(gè)信號(hào)的差是2.32mV。
圖5是運(yùn)放的輸出信號(hào)，從圖中可以看出輸出信號(hào)為220mV,相比輸入信號(hào)的2.32mV,實(shí)現(xiàn)了接近100倍的放大。而且可以從圖中看出，上升沿為50ns,也是滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的。
圖6是運(yùn)放的實(shí)物圖，實(shí)物圖中包含了兩組運(yùn)放還有12V轉(zhuǎn)成+5V和-5V的電源轉(zhuǎn)換模塊。
5 結(jié)束語
綜上所述，說明該運(yùn)放幾乎無失真的將檢波器輸出的毫伏級(jí)窄脈沖小信號(hào)放大了接近100倍。這證明本次設(shè)計(jì)的差分運(yùn)放是能夠滿足要求的并且性能良好。
