如何使用放大器搭建大电流脉冲源

这篇文章我将继续使用电流模式放大器，另一个跨导放大器，并将其应用于开发高输出电流、电流脉冲源。

对于这个实验，我将使用鲜为人知的OPA615放大器。如果我们查看数据表，我们会发现它最初是作为模拟视频功能的 DC 恢复功能开发的，该功能在几年前被集成到一个更节能且占用空间更小的封装中。

OPA615是一个完整的子系统，用于快速精确的直流恢复、偏置箝位和低频hum抑制!关于宽带放大器或缓冲器。尽管该电路的设计目的是稳定视频信号的性能，但它也可以用作纳秒脉冲的采样保持放大器、高速积分器或峰值检测器。该器件采用宽带运算跨导放大器(OTA)，具有高阻抗共源共栅电流源输出和快速精确的采样比较器，共同为高速应用设定了新标准。OTA和采样比较器都可以用作独立电路或组合成更复杂的信号处理级。自偏置双极OTA可被视为理想的可控电流源上的电压c，并引脚对低输入偏置电流进行了优化。采样比较器具有两个相同的高阻抗输入和一个电流源输出，该电流源输出引脚对低输出偏置电流和偏置电压进行了优化;它可以在几纳秒内由TTL兼容的开关级控制。OTA和采样比较器的跨导可以通过外部电阻器进行调整，从而优化带宽、静态电流和增益权衡。

OPA615 很有趣，因为它有两个跨导放大器和一个集成开关。这三个元素的组合允许一个非常灵活的设备，能够执行 ns 脉冲积分器以及采样和保持功能。开关速度也很快，控制延迟时间为 2.5ns。

图 1：OPA615 框图

如图 1 所示，第一个跨导放大器是一个比较器，本质上是一个差分对输入，后跟一个开关。请注意，此比较器输出是电流源。比较器和开关形成了此处感兴趣的采样比较器 (SC)。此处忽略运算跨导放大器 (OTA) 模块。

这里的重要规格是 SC 模块的 350MHz 带宽和 ±20mA 输出电流能力以及开关的 2.5ns 控制传播延迟时间。为了增加输出电流，我们将依次使用两个电流镜来提供所需的电流放大，一个电流镜使用 NPN 晶体管，另一个使用 PNP 晶体管，如图 2 所示。

图 2：脉冲电流源框图

虽然 SC 的输出是双极的，但我们开发了单极输出来快速评估该源的可行性和性能。

晶体管阵列用于电流镜实现。我们最初希望实现超过 200mA。由于封装的热限制，每个电流镜使用三个四晶体管阵列，总共有十二个晶体管可用。因此电流镜比率为 1:11。为了在每个晶体管中保持相同的电流密度并避免局部过热，请参见图 3。

图 3：NPN 电流镜实现

下面的图 4 展示了 1.8A 500ns 电流脉冲和 200mA 5ms 电流脉冲的脉冲响应。

图 4：1.8A 500ns 电流脉冲(上)、200mA 5ms 电流脉冲(下)

为避免由于负载而导致电流源的电压合规性限制，选择晶体管以处理 60 V，并且电源的调整独立于 ±5 V 电源。在上图中，+20 V 用于电流源，±5 V 用于 OPA615 的电源。