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快速響應(yīng)的V/I電路的設(shè)計方法介紹

   2012年03月31日 16:45  
  引言
  
  本文通過電流驅(qū)動負載,設(shè)計了一種具有快速響應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)電流電路,同時采用PSPICE里的實際模型對電路進行了仿真,仿真響應(yīng)時間為百ns。故該電路的設(shè)計對高速網(wǎng)絡(luò)中有一定的參考價值。
  
  1、電壓轉(zhuǎn)電流的理論分析
  
  由集成運放搭建的反饋電路一般均可用圖1所示的方框圖來表示,可根據(jù)輸出信號為電流和電壓以及反饋信號為電壓電流來進行分類(可分為四類)。本電路采用電流串聯(lián)負反饋的形式,其輸入和輸出阻抗為:

  
  其中Ri、R0是基本放大器的輸入、輸出電阻;A是負載為RL時基本放大器的增益,AS|RL=0分別是短路時的基本放大器的源增益,其中,。這里所指的基本放大器均應(yīng)包括反饋網(wǎng)絡(luò)的負載效應(yīng)電阻。由公式可見,電流串聯(lián)具有跨導(dǎo)放大器的特性,即具有較高的輸入阻抗和輸出阻抗。
  
  2、用PSPICE建立仿真電路
  
  圖2所示是一種電壓轉(zhuǎn)電流的電路圖,電路中的運放和三級管都是使用常規(guī)產(chǎn)品型號。采用的運放為高速運放,三極管為高頻率器件,兩者的高頻率配合使得該電壓轉(zhuǎn)電流電路能夠有更快的響應(yīng)速度以及更高的帶寬。由運放的虛短和虛斷特性以及R1=R2,R5=R6可以推出負載電流和電壓的關(guān)系為:

  
  圖2中的Cl為補償電容,用于消除電路所產(chǎn)生的過沖。R7和R8為限流電阻,可用于保護三極管,R4為實際電路中假設(shè)的負載。設(shè)輸入電壓為上升下降時間均為20ns的脈沖,因此,可對圖2電路進行仿真。
  
  3、仿真結(jié)果
  
  若取R5為1kΩ,R1為470Ω,R3為O.5Ω,其所得到的理論電流為I=0.94U。當輸入為O.5V時,其仿真結(jié)果如圖3所示,可以看出,該方式下,在上升和下降過程中會產(chǎn)生震蕩過沖,且電流越大,過沖越嚴重。而在2腳與6腳之間增加補償電容時,過沖消除,此時的仿真結(jié)果如圖4所示。當改變輸入電壓時,其輸出也與理論基本接近,而且具有更好的線性關(guān)系,此時的仿真結(jié)果如圖5所示,其電流接近1A。


  
  從上述這些仿真結(jié)果可以看出,該電路具有較快的上升和下降時間,其數(shù)值接近100ns。
  
  4、結(jié)束語
  
  本文介紹了一種可實現(xiàn)快速響應(yīng)的V/I電路的設(shè)計方法,該電路采用合理的補償電容來消除電路中的過沖,其響應(yīng)時間為百ns級,而且可以加大驅(qū)動電流。可用于驅(qū)動電流型負載器件。仿真電路采用PSPICE中的實際器件模型,因而更接近實際搭建的電路,因此,該方法對驅(qū)動高速電流型負載有一定的實際應(yīng)用參考價值。

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