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如何利用复合放大器拓扑实现高精度、快速建立的电流源(二)

时间:2019-01-26 来源: 关键字:放大器   直流   

 表2. 基于ADA4870的EHCS直流误差

本文引用地址: http://power.21ic.com//ac/technical/201901/84952.html

 

 

复合放大器技术

ADA4870这样的高驱动放大器的直流参数限制了输出电流的精度,而高精度放大器的速度又不够。为此,我们可以利用复合放大器技术在单个电路中集成所有这些特性。图7所示为一个复合放大器增强型Howland电流源(CAEHCS),它由ADA4870和ADA4898-2组成。

 

 

图7.复合放大器EHCS电路。

选择ADA4898-2构成复合放大器是因为它具有出色的交流和直流性能。其-3 dB带宽为63 MHz。它在输出阶跃为5 V时的0.1%建立时间为90ns,压摆率可达55 V/µs。它还具有超低噪声。电压噪声密度为0.9 nV/√Hz,电流噪声密度为2.4 pA/√Hz。至于直流规格参数,它的性能表现也很好。典型输入失调电压为20 µV,温度漂移为1 µV/°C。偏置电流为0.1 µA。表3显示了CAEHCS的直流误差。输出电流失调降低至0.121 mA,这意味着误差范围在0.03%以下。

表3.基于ADA4898的CAEHCS直流误差

 

 

CAEHCS的交流性能如表4所示。由于复合放大器的环路延迟,其建立时间和带宽均低于EHCS。由于ADA4898-2的电流噪声低,因此CAEHCS的输出噪声远低于EHCS的输出噪声。如数据手册中所标明的,ADA4870的反向输入电流噪声密度为47 pA/√Hz。通过使用几个kΩ级阻值的电阻,它将产生比电压噪声(2.1 nV/√Hz)高很多的噪声。然而,CAEHCS中的输入电流噪声密度为2.4pA/√Hz。它产生的输出噪声要低很多。

表4.CAEHCS的交流规格

 

 

首先,CAEHCS大大提高了VCCS的直流精度,并具有同等驱动能力和交流性能。此外,可供选择的复合放大器产品很多,以满足不同的需求。表5显示了CAEHCS电路中不同放大器的性能。LT6275的交流性能最好。它的建立时间可达100 ns以内,压摆率高达15 A/µs。ADA4522-2等零漂移放大器非常适合输出电流失调误差约为0.002 mA的高精度应用。

表5.CAEHCS中主放大器的选择

 

 

测试结果

基于ADA4898的EHCS和CATHCS的性能如表6和图8所示。

表6.EHCS与CAEHCS的比较

 

 

 

 

图8.ADA4898-2(CH1-输入、CH2-输出)的建立时间。

CAEHCS电路具有比EHCS电路好很多的直流规格。其输出电流失调为0.2 mA,而EHCS电路的输出电流失调为10.9 mA。CAEHCS电路也具有很好的交流规格。两者的建立时间均为100 ns。EHCS电路的带宽为18 MHz,而CAEHCS电路的带宽为8 MHz。

基于ADA4522-2和LT6275的CAEHCS性能如表7所示。

表7.CAEHCS中不同主放大器的测试结果

 

 

ADA4522-2版本的输出失调误差更低,低至0.04 mA。LT6275的建立时间约为60 ns,输出电流压摆率高达16.6A/µs(如图9所示)。

 

 

图9.LT6275(CH1-输入、CH2-输出)的建立时间。

散热考虑

VCCS的输出电流可以达到几百毫安。整体功耗可达几瓦。如果输出效率不高,器件的温度将快速上升。ADA4870不使用散热器时的热阻(θJA)为15.95℃/W。温升可采用公式7计算。

 

 

R0的取值将影响ADA4870的功耗。表8显示了在±20 V电源电压下选择不同R0值的温升。当选用较大的R0时,温升会大大降低。因此,建议使用较大的R0以降低温升。

表8.ADA4870的功耗和温升与R0的关系(Io = 500 mA)

 

 

结论

CAEHCS电路将高驱动放大器和高精度放大器相结合,可在VCCS应用中提供出色的交流和直流性能以及大输出容量。建议在此电路中将 ADA4870 与 ADA4898、LT6275和ADA4522结合使用。

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