宽带互导型放大器MAX435/MAX436

１ 概述

互导型放大器（又称跨导型放大器）的输入信号是电压量，输出信号是电流量，其增益称为互导Ｇｍ。 互导型放大器是一种电压／电流模式混合电路，由于其内部只有电压—电流变换级和电流传输级，而没有电压传输级，因此没有大摆幅电压信号和密勒倍增效应，从而具有频带宽、高频性能好及大信号转换速度高等特性。互导型放大器的电路结构简单，电源电压和功耗均得到了降低。

２ 主要性能指标

ＭＡＸ４３５／ＭＡＸ４３６是美国ＭＡＸＩＭ公司生产的互导型放大器，ＭＡＸ４３５是差分输出型，ＭＡＸ４３６是单端输出型，其引脚排列如图１所示。图中Ｚ＋、Ｚ－端为用户选择的二端互导元件或网络的阻抗连接端口。ＩＳＥＴ端为电源电流控制端，它控制内部电流源。ＩＳＥＴ端与负电源Ｖ－端之间需连接一个５．９ｋΩ的外部电阻ＲＳＥＴ，当ＲＳＥＴ为５．９ｋΩ时，ＭＡＸ４３５每个输出端最大输出电流是±１０ｍＡ，ＭＡＸ４３６是±２０ｍＡ。在电阻ＲＳＥＴ两端需并联０．２２μＦ陶瓷电容以使电流源去耦。当输出负载不需要有源驱动时，可将电阻ＲＳＥＴ与 ＩＳＥＴ端断开以降低功耗。此时ＭＡＸ４３５电源电流可降至约４５０μＡ?ＭＡＸ４３６电源电流降至约８５０μＡ。这两款器件均有输出短路保护功能。ＭＡＸ４３５／ＭＡＸ４３６的主要性能指标如表１所列。

表1 MAX435/MAX436的主要性能指标

表１中的差分输入电压Ｖｉ＝ Ｖｉ＋－ Ｖｉ－，Ｚｔ为Ｚ＋、Ｚ－两端用户连接的二端互导元件或网络的阻抗。差分输入电压Ｖｉ会生成流入互导元件Ｚｔ的电流（从电路结构上讲Ｚｔ是Ｖｉ－Ｉ变换电路的一部分，Ｚｔ与输入电阻Ｒｉ是概念上根本不同的两个量），流过互导元件Ｚｔ的电流被电路内部预置的电流增益Ｋ倍乘，其输出电流为ＩＯ＝ＫＶｉ／Ｚｔ。选取Ｚｔ时应保证Ｖｉ最大值与Ｚｔ最小值的比值小于２．５ｍＡ，这样输出电流才能不超过最大值。定义互导型放大器的互导增益时，假如放大器的负载为ＲＬ，则互导型放大器的互导增益Ｇｍ＝Ｉｏ／Ｖｉ＝Ｋ／Ｚｔ,输出电压Ｖｏ＝Ｇｍ×ＲＬ。

３ 应用电路

ＭＡＸ４３５／ＭＡＸ４３６可广泛用于高速仪表放大器、高速滤波器、宽带高增益带通放大器、高速差分传输线路驱动、接收器中。它不象电压型运放那样需要反馈回路及相位补偿。下面列举几个典型电路。

(１)求和放大电路见图２ａ。Ｖｏ＝(Ｇｍ１＋Ｇｍ２)ＲＬ

(２)低通放大电路见图２ｂ。极点频率ＦＰ＝１／(２πＲＬＣＬ)，通带增益ＧＢ＝Ｋ?ＲＬ／Ｒｔ?。若将Ｒｔ改为ＲＣ串联电路，即可组成带通放大电路。而若将Ｒｔ改为ＲＣ串联电路，同时又去掉电容ＣＬ，便可组成高通放大电路。若用晶体代替Ｒｔ且去掉电容ＣＬ，便可组成晶体调谐放大电路，其谐振频率为晶体频率。利用多个ＭＡＸ４３６可组成二阶低通、高通、带通滤波器。

(３)视频双绞线驱动／接收器电路，见图３。基带视频信号的传输距离可达１５００米。

图3

    (４)利用ＭＡＸ４３６实现接地模拟电阻，见图４。图中的输入阻抗Ｚｉ由下面的式子导出：

Ｉｉ＋Ｉｏ＝０

Ｉｏ＝ＶｉＫ／Ｒｔ

Ｚｉ＝Ｖｉ／Ｉｉ＝Ｒｔ／Ｋ

而Ｇｍ＝Ｋ／Ｒｔ

所以，由上式得出：Ｚｉ＝１／Ｇｍ

(５)利用ＭＡＸ４３６实现回转器，见图５。图中的阻抗Ｚｉ由下面的式子导出：

Ｉ０１＝ＶｉＧｍ１

Ｖｏ＝Ｉ０１ＺＬ

Ｉ０２＝ＶｏＧｍ２＝Ｖｉ Ｇｍ１ Ｇｍ２ ＺＬ

Ｉｉ＝－Ｉ０２

由上式得出：Ｚｉ＝Ｖｉ／Ｉｉ＝１／(Ｇｍ１ Ｇｍ２ ＺＬ)

    输入阻抗Ｚｉ等于对端所接阻抗的倒数乘以系数，实现了回转器的功能。若ＺＬ是电容，则Ｚｉ为模拟电感。

(６)利用ＭＡＸ４３６实现频变负电阻，见图６。由于

Ｉ２(Ｓ)＝Ｇｍ３Ｖ１(Ｓ)

Ｉ３(Ｓ)＝Ｇｍ４ Ｉ２(Ｓ)／ＳＣ１

Ｉ４(Ｓ)＝Ｇｍ５ Ｉ３(Ｓ)／ＳＣ２

Ｉ１(Ｓ)＋Ｉ４(Ｓ)＝０

从节点Ａ向右看的输入的阻抗为Ｚ′ｉ(Ｓ)＝Ｖ１(Ｓ)／Ｉ１(Ｓ)＝(Ｓ２Ｃ１Ｃ２)／(Ｇｍ３ Ｇｍ４ Ｇｍ５)

Ｚ′ｉ(Ｓ)具有Ｓ２阶次，称为超电感，Ｇｍ１、Ｇｍ２组成接地回转器，对Ｚ′ｉ作倒置变换，得到输入阻抗为：

Ｚｉ(Ｓ)＝Ｖｉ(Ｓ)／Ｉｉ(Ｓ)＝(Ｇｍ３ Ｇｍ４ Ｇｍ５)／(Ｓ２ Ｃ１Ｃ２ Ｇｍ１Ｇｍ２)＝１／（Ｓ２Ｄ）

Ｄ＝(Ｃ１ Ｃ２ Ｇｍ１ Ｇｍ２)／(Ｇｍ３ Ｇｍ４ Ｇｍ５)

    Ｄ具有秒·法拉的量纲。若将上面公式中的模拟超电感Ｚ′ｉ(Ｓ)经过一个浮地回转器倒置，则可构成浮地频变负电阻。

利用互导放大器的优异性能还可以组成浮地模拟电阻、接地电容倍乘器、浮地电容倍乘器、电压模式积分器、电流模式积分器等电路。