在电源电路中使用宽带运算放大器

　　大多数宽带运算放大器非常易于和分离电源配合使用，但是它们也能有效地应用在单电源电路中。首先需要克服的难点就是：在保持一个低阻抗节点以设置高的频率增益的同时，使输入和输出一直被偏置到电压的中间值。本文介绍了该电路的实现，并以THS4302运算放大器为例给出了测试数据。

这个运算放大器利用内部反馈使增益固定在5V/V。它具有2.4GHz带宽，并有补偿电路以在此增益下得到的性能。

大多数的运算放大器在输入和输出信号以电压中间值为参考时性能。这看上去简单，但由于此器件的工作频率很高，所以稳定性非常重要。为保持稳定，在非常高的频率下，放大器的反向输入一定要有一个低阻抗参考电压(或交流地)。

利用参考电压或其它电压调节器件设置反向输入电压为电源电压的中间值，是一个显而易见的着手点。这将保持放大器在低频率下的增益。但当频率非常高时，我们必须利用一个电容来使运算放大器保持稳定。

此时，一个带有旁路电容的电阻分压器是设置直流偏压，并保持高频增益和稳定性的更简单的解决方案。如果输入信号被偏压在电源电压的中间值，单电源电路可适用于双直流系统。在这种情况下，我们不再需要交流耦合输入。

两个1kΩ的电阻设置直流偏压，使输入和输出管脚处的电压等于电源电压的中间值(V_S /2)。R_IN和R_OUT被用作终端匹配。为实现正确的阻抗匹配，它们应等于电源内阻或者负载阻抗(任何一个负载)。

CIN和COUT是输入和输出的隔直电容，并给放大器提供直流偏压。它们构成了输入和输出的一阶高通滤波器。-3dB的截止频率可通过以下公式计算得到：

f_-3dB=πCR_EFF/2

其中，C是输入或者输出电容，R_EFF代表与电容串联的等效电阻。在输入端，R_EFF等于电源内阻加R_IN；在输出端，R_EFF等于负载电阻加R_OUT。如果系统的特征阻抗为50Ω并适当地进行了终端匹配，则R_EFF=100。高频率下的运行将受到输入和输出电容的寄生电感，以及放大器频率响应的限制。

为保持稳定性，C_N在高频率下使放大器的反向输入阻抗很低。 C_BYP是电源的旁路电容，它为高频率运行提供本地电能。电路的相关参数为：

C_IN=C_OUT=C_N=C_BYP=1000pF

V_S=+5V

R_IN=R_OUT=50 Ω

给出的增益、噪声系数和输出三阶截取点(IP3)的测量结果是使用I/O终端电阻为50Ω的设备测量得到的。这个结果和±2.5V电源电压下的器件性能一致。

我们注意到测量设备的终端电阻在放大器的输出端形成了一个电阻分压器，这会影响增益和截取点的值。为计算放大器输出的电压增益，需要增加6dB；为计算放大器输出的IP3则需增加3dB。测量设备的终端电阻并不影响噪声系数。

作进一步的测试，用一个TL431分流调节器(设置为2.5V)取代分压器下端的1kΩ电阻，电路的其它部分不变，得到的测试结果不变。