在低電源電壓應用中，無論是使用單電源，或是低電壓雙極性電源，放大器的輸入范圍和輸出擺幅都有一定的限制，有限的輸入范圍和受限的輸出擺幅都會減小放大器的動態(tài)范圍。軌到軌放大器不僅有助于擴展這個動態(tài)范圍，而且還能提高性能。
放大器通常采用射極跟隨器(源跟隨器)或共發(fā)射極(共源極)輸出級電路。射極跟隨器可提供較低的失真，但輸出擺幅也較小，這是因為輸出級晶體管需要在線性區(qū)域工作，這樣會使輸出擺幅減小約1V。軌到軌輸出放大器一般采用共射極或共源極輸出電路，雖然這種輸出電路無法提供像射極跟隨器那么好的性能，但它能提供更寬的擺幅。軌到軌輸出的擺幅能夠非常接近電源軌，但由于晶體管上有一定的壓降，所以也不能完全達到軌電壓，不過兩者的差值在幾毫伏之內(nèi)。
一、場效應管(FET)輸入運算放大器能帶來什么好處
FET輸入的運算放大器具備幾個優(yōu)勢。由于它具有極低的輸入偏置電流，通常在pA范圍內(nèi)，因而對輸入電路產(chǎn)生的負載也極低，這樣就可使用大的源電阻，而不會引入明顯的失調(diào)電壓誤差(大小為輸入偏置電流與源電阻的乘積)。由于輸入偏置電流如此之低，因此將運算放大
器用于反相配置時，就沒有必要補償輸入失調(diào)電壓誤差。在這種配置中，補償放大器的一種常用方法是采用一個電阻將同相輸入端連接到地，該電阻的阻值是反饋和增益設置電阻的并聯(lián)組合，但現(xiàn)在由于電流很低，這里也不再需要此電阻，因此簡化了電路。FET輸入運算放
大器的一種常見應用就是在光電二極管檢測器應用中作為電流-電壓轉(zhuǎn)換器(I-V轉(zhuǎn)換器)。在這些應用中，光電二極管的電流非常小，因此強制要求所用運算放大器必須具備極低的輸入偏置電流，這樣才能確保所有的光電二極管電流都通過反饋電阻(產(chǎn)生輸出電壓)，而不是進入運算放大器中，否則將會在運算放大器電流-電壓轉(zhuǎn)換器的預期輸出電壓中引入誤差。
二、放大器輸出阻抗和輸出驅(qū)動能力如何影響系統(tǒng)性能
低輸出阻抗之所以重要是有多方面的原因。理想放大器的輸出阻抗是零，但理想放大器實際上并不存在，所以每個放大器都有一定的輸出阻抗。負反饋和環(huán)路增益有助于減小輸出阻抗，但在選擇運算放大器時還得十分小心。輸出阻抗與頻率有很大關系，并且隨頻率升高而增加。
低輸出阻抗可確保放大器能準確地再生輸入信號，失真很小甚至沒有失真。例如在50Ω系統(tǒng)中，輸出阻抗為5Ω的放大器代表信號路徑中的誤差為5%。在更低阻抗負載情況下，由輸出阻抗引起的誤差會更明顯。低輸出阻抗還意味著放大器本身會有更低的功耗。在驅(qū)動低阻抗負載時，大電流輸出也是一種有用的特性。
驅(qū)動低阻抗負載的能力取決于魯棒性的輸出級電路。如上所述，軌到軌輸出具有更大信號擺幅和更大動態(tài)范圍的優(yōu)勢。具有軌到軌輸出和大電流驅(qū)動能力的放大器是一種極其優(yōu)秀的組合。大輸出電流的放大器在驅(qū)動低阻抗負載時可以在輸出端實現(xiàn)寬電壓擺幅。
三、在有源濾波器中使用放大器時要考慮哪些重要因素
在為有源濾波器電路選擇放大器時，有許多因素必須加以考慮。本文無法對所有因素進行闡述，這里僅探討一些較為重要的因素。
首先，為了保證有源濾波器能夠提供合適的頻率性能，帶寬是一個關鍵的考慮因素。放大器必須具備足夠的帶寬，以確保濾波器的性能取決于正確的濾波器頻率響應，而不是放大器的限制。沒有足夠帶寬的放大器將引起過早的滾降和失真。在選擇放大器時，一般公認的做法是使用帶寬至少為所需濾波器帶寬10倍的放大器，這樣能保證有源濾波器的性能取決于頻率而不是放大器。例如帶寬為15MHz的低通有源濾波器，我們應該選用帶寬至少為150MHz的放大器。
其次需要考慮的是低輸出阻抗。對整個濾波器來說，目標工作頻率范圍很重要。在寬帶寬濾波器中，選擇一個在整個頻率范圍內(nèi)都具有低輸出阻抗的放大器是很重要的。在較高頻率的濾波器應用中，濾波器元件值變得很小，因此，像放大器輸出阻抗等所有“寄生”元件或電路板寄生參數(shù)都會影響或劣化濾波器性能。
在為有源濾波器應用選擇濾波器時，壓擺率是另一個重要的考慮因素。壓擺率是放大器輸出端的最大變化率，因此會給放大器和濾波器造成另一種頻率限制。具有較高壓擺率的放大器能夠在高頻段工作，而具有較低輸出擺幅的濾波器也能夠在高頻段工作，這是因為壓擺率也較低，這個關系可以從公式Fmax= Slew Rate/2πVpeak中看出來。
輸入偏置電流也是一個需要考慮的重要參數(shù)。在有源濾波器電路中，任何一種應用中使用多個電阻值的情況很常見。大阻值的電阻可能會引入較大的失調(diào)電壓，這個電壓值等于電阻值乘以放大器的輸入偏置電流。根據(jù)輸入級電路的不同，輸入偏置電流范圍可從fA到μA數(shù)量級。場效應晶體管(FET)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)輸入級電路具有最低的輸入偏置電流，因此當需要減小失調(diào)電壓誤差時，可選擇這兩種輸入結(jié)構(gòu)的放大器。
開環(huán)增益是要考慮的另一個重要參數(shù)。就像帶寬一樣，開環(huán)增益方面也有一個一般性的公認標準，即放大器開環(huán)增益應至少高出有源濾波器在最高頻率點增益的10倍，這樣可以確保放大器電路有足夠的閉環(huán)增益，并使環(huán)路保持閉環(huán)和鎖定。
GS805X系列產(chǎn)品是一款輸出軌到軌放大器，每一軌的輸出電壓擺幅提高到了100mV，能夠提供最大化的輸出動態(tài)范圍以及過載復原。此外，GS805X系列還能提供業(yè)界領先的帶寬(250MHz -3dB)和轉(zhuǎn)換速率(135V/μS)，0.1dB增益平穩(wěn)度到達37MHz，GS805X系列產(chǎn)品非常適用于有源濾波器和時鐘緩沖器的設計。同時卓越的視頻性能，包括0.05%的差分增益和0.3度的差分相位誤差，出色的線性輸出電流(150mA)，以及真正的單電源供電設計(輸入電壓可以低于負軌200mV)，因此GS805X系列產(chǎn)品非常適用于CIS傳感器、標準/便攜式視頻A/V轉(zhuǎn)換盒以及汽車影像應用。
GS805X系列產(chǎn)品的其它主要特性和優(yōu)點包括：
● 低成本，高性能
● 支持+3V或+5V的單電源供電
● 出色的線性輸出電流：100mA
● 低功耗：2.8mA/ch
● 穩(wěn)定時間為30ns(穩(wěn)定度為0.1%)
● 低失真：58dBc SFDR @ 5MHz
GS805X系列產(chǎn)品的主要應用領域包括：
● 成像
● 消費視頻應用
● 專業(yè)視頻應用
● 有源濾波器
● 同軸電纜驅(qū)動放大器
● 時鐘緩沖器
● 光電前置放大器
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