如何利用復(fù)合放大器拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)高精度、快速建立的電流源（二）

 表2. 基于ADA4870的EHCS直流誤差

復(fù)合放大器技術(shù)

ADA4870這樣的高驅(qū)動(dòng)放大器的直流參數(shù)限制了輸出電流的精度，而高精度放大器的速度又不夠。為此，我們可以利用復(fù)合放大器技術(shù)在單個(gè)電路中集成所有這些特性。圖7所示為一個(gè)復(fù)合放大器增強(qiáng)型Howland電流源(CAEHCS)，它由ADA4870和ADA4898-2組成。

圖7.復(fù)合放大器EHCS電路。

選擇ADA4898-2構(gòu)成復(fù)合放大器是因?yàn)樗哂谐錾慕涣骱椭绷餍阅?。?3 dB帶寬為63 MHz。它在輸出階躍為5 V時(shí)的0.1%建立時(shí)間為90ns，壓擺率可達(dá)55 V/µs。它還具有超低噪聲。電壓噪聲密度為0.9 nV/√Hz，電流噪聲密度為2.4 pA/√Hz。至于直流規(guī)格參數(shù)，它的性能表現(xiàn)也很好。典型輸入失調(diào)電壓為20 µV，溫度漂移為1 µV/°C。偏置電流為0.1 µA。表3顯示了CAEHCS的直流誤差。輸出電流失調(diào)降低至0.121 mA，這意味著誤差范圍在0.03%以下。

表3.基于ADA4898的CAEHCS直流誤差

CAEHCS的交流性能如表4所示。由于復(fù)合放大器的環(huán)路延遲，其建立時(shí)間和帶寬均低于EHCS。由于ADA4898-2的電流噪聲低，因此CAEHCS的輸出噪聲遠(yuǎn)低于EHCS的輸出噪聲。如數(shù)據(jù)手冊(cè)中所標(biāo)明的，ADA4870的反向輸入電流噪聲密度為47 pA/√Hz。通過使用幾個(gè)kΩ級(jí)阻值的電阻，它將產(chǎn)生比電壓噪聲(2.1 nV/√Hz)高很多的噪聲。然而，CAEHCS中的輸入電流噪聲密度為2.4pA/√Hz。它產(chǎn)生的輸出噪聲要低很多。

表4.CAEHCS的交流規(guī)格

首先，CAEHCS大大提高了VCCS的直流精度，并具有同等驅(qū)動(dòng)能力和交流性能。此外，可供選擇的復(fù)合放大器產(chǎn)品很多，以滿足不同的需求。表5顯示了CAEHCS電路中不同放大器的性能。LT6275的交流性能最好。它的建立時(shí)間可達(dá)100 ns以內(nèi)，壓擺率高達(dá)15 A/µs。ADA4522-2等零漂移放大器非常適合輸出電流失調(diào)誤差約為0.002 mA的高精度應(yīng)用。

表5.CAEHCS中主放大器的選擇

測(cè)試結(jié)果

基于ADA4898的EHCS和CATHCS的性能如表6和圖8所示。

表6.EHCS與CAEHCS的比較

圖8.ADA4898-2(CH1-輸入、CH2-輸出)的建立時(shí)間。

CAEHCS電路具有比EHCS電路好很多的直流規(guī)格。其輸出電流失調(diào)為0.2 mA，而EHCS電路的輸出電流失調(diào)為10.9 mA。CAEHCS電路也具有很好的交流規(guī)格。兩者的建立時(shí)間均為100 ns。EHCS電路的帶寬為18 MHz，而CAEHCS電路的帶寬為8 MHz。

基于ADA4522-2和LT6275的CAEHCS性能如表7所示。

表7.CAEHCS中不同主放大器的測(cè)試結(jié)果

ADA4522-2版本的輸出失調(diào)誤差更低，低至0.04 mA。LT6275的建立時(shí)間約為60 ns，輸出電流壓擺率高達(dá)16.6A/µs(如圖9所示)。

圖9.LT6275(CH1-輸入、CH2-輸出)的建立時(shí)間。

散熱考慮

VCCS的輸出電流可以達(dá)到幾百毫安。整體功耗可達(dá)幾瓦。如果輸出效率不高，器件的溫度將快速上升。ADA4870不使用散熱器時(shí)的熱阻(θJA)為15.95℃/W。溫升可采用公式7計(jì)算。

R0的取值將影響ADA4870的功耗。表8顯示了在±20 V電源電壓下選擇不同R0值的溫升。當(dāng)選用較大的R0時(shí)，溫升會(huì)大大降低。因此，建議使用較大的R0以降低溫升。

表8.ADA4870的功耗和溫升與R0的關(guān)系(Io = 500 mA)

結(jié)論

CAEHCS電路將高驅(qū)動(dòng)放大器和高精度放大器相結(jié)合，可在VCCS應(yīng)用中提供出色的交流和直流性能以及大輸出容量。建議在此電路中將 ADA4870 與 ADA4898、LT6275和ADA4522結(jié)合使用。