快速响应V/I变换电路的实现

0 引言

在一些驱动电路中，有些器件特性与电流成线性关系，为电流型驱动器件。这些器件(如半导体激光器)在不适当的工作条件下，可能会造成性能的急剧恶化乃至失效(如有些激光器在极短时间内的电流过冲都就有可能导致激光器损坏)。因此，在应用运放反馈回路的基础上，不仅要保证电流的线性度，而且还要消除阶跃过程中的过冲问题。本文通过电流驱动负载，设计了一种具有快速响应的电压转电流电路，同时采用PSPICE里的实际模型对电路进行了仿真，仿真响应时间为百ns。故该电路的设计对高速网络中有一定的参考价值。

1 电压转电流的理论分析

由集成运放搭建的反馈电路一般均可用图1所示的方框图来表示，可根据输出信号为电流和电压以及反馈信号为电压电流来进行分类(可分为四类)。本电路采用电流串联负反馈的形式，其输入和输出阻抗为：

由集成运放搭建的反馈电路方框图

其中Ri、R0是基本放大器的输入、输出电阻；A是负载为RL时基本放大器的增益，AS|RL=0分别是短路时的基本放大器的源增益，其中，。这里所指的基本放大器均应包括反馈网络的负载效应电阻。由公式可见，电流串联具有跨导放大器的特性，即具有较高的输入阻抗和输出阻抗。

2 用PSPICE建立仿真电路

图2所示是一种电压转电流的电路图，电路中的运放和三级管都是使用常规产品型号。采用的运放为高速运放，三极管为高频率器件，两者的高频率配合使得该电压转电流电路能够有更快的响应速度以及更高的带宽。由运放的虚短和虚断特性以及R1=R2，R5=R6可以推出负载电流和电压的关系为：

电压转电流的电路图

图2中的Cl为补偿电容，用于消除电路所产生的过冲。R7和R8为限流电阻，可用于保护三极管，R4为实际电路中假设的负载。设输入电压为上升下降时间均为20 ns的脉冲，因此，可对图2电路进行仿真。

3 仿真结果

若取R5为1 kΩ，R1为470 Ω，R3为O．5 Ω，其所得到的理论电流为I=0．94U。当输入为O．5 V时，其仿真结果如图3所示，可以看出，该方式下，在上升和下降过程中会产生震荡过冲，且电流越大，过冲越严重。而在2脚与6脚之间增加补偿电容时，过冲消除，此时的仿真结果如图4所示。当改变输入电压时，其输出也与理论基本接近，而且具有更好的线性关系，此时的仿真结果如图5所示，其电流接近1 A。

从上述这些仿真结果可以看出，该电路具有较快的上升和下降时间，其数值接近100 ns。

4 结束语

本文介绍了一种可实现快速响应的V／I电路的设计方法，该电路采用合理的补偿电容来消除电路中的过冲，其响应时间为百ns级，而且可以加大驱动电流。可用于驱动电流型负载器件。仿真电路采用PSPICE中的实际器件模型，因而更接近实际搭建的电路，因此，该方法对驱动高速电流型负载有一定的实际应用参考价值。