快速響應(yīng)V/I變換電路的實(shí)現(xiàn)

0 引言

在一些驅(qū)動(dòng)電路中，有些器件特性與電流成線性關(guān)系，為電流型驅(qū)動(dòng)器件。這些器件(如半導(dǎo)體激光器)在不適當(dāng)?shù)墓ぷ鳁l件下，可能會(huì)造成性能的急劇惡化乃至失效(如有些激光器在極短時(shí)間內(nèi)的電流過(guò)沖都就有可能導(dǎo)致激光器損壞)。因此，在應(yīng)用運(yùn)放反饋回路的基礎(chǔ)上，不僅要保證電流的線性度，而且還要消除階躍過(guò)程中的過(guò)沖問(wèn)題。本文通過(guò)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載，設(shè)計(jì)了一種具有快速響應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)電流電路，同時(shí)采用PSPICE里的實(shí)際模型對(duì)電路進(jìn)行了仿真，仿真響應(yīng)時(shí)間為百ns。故該電路的設(shè)計(jì)對(duì)高速網(wǎng)絡(luò)中有一定的參考價(jià)值。

1 電壓轉(zhuǎn)電流的理論分析

由集成運(yùn)放搭建的反饋電路一般均可用圖1所示的方框圖來(lái)表示，可根據(jù)輸出信號(hào)為電流和電壓以及反饋信號(hào)為電壓電流來(lái)進(jìn)行分類(lèi)(可分為四類(lèi))。本電路采用電流串聯(lián)負(fù)反饋的形式，其輸入和輸出阻抗為：

由集成運(yùn)放搭建的反饋電路方框圖

其中Ri、R0是基本放大器的輸入、輸出電阻；A是負(fù)載為RL時(shí)基本放大器的增益，AS|RL=0分別是短路時(shí)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(fù)載效應(yīng)電阻。由公式可見(jiàn)，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(yùn)放和三級(jí)管都是使用常規(guī)產(chǎn)品型號(hào)。采用的運(yùn)放為高速運(yùn)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(yùn)放的虛短和虛斷特性以及R1=R2，R5=R6可以推出負(fù)載電流和電壓的關(guān)系為：

電壓轉(zhuǎn)電流的電路圖

圖2中的Cl為補(bǔ)償電容，用于消除電路所產(chǎn)生的過(guò)沖。R7和R8為限流電阻，可用于保護(hù)三極管，R4為實(shí)際電路中假設(shè)的負(fù)載。設(shè)輸入電壓為上升下降時(shí)間均為20 ns的脈沖，因此，可對(duì)圖2電路進(jìn)行仿真。

3 仿真結(jié)果

若取R5為1 kΩ，R1為470 Ω，R3為O．5 Ω，其所得到的理論電流為I=0．94U。當(dāng)輸入為O．5 V時(shí)，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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生震蕩過(guò)沖，且電流越大，過(guò)沖越嚴(yán)重。而在2腳與6腳之間增加補(bǔ)償電容時(shí)，過(guò)沖消除，此時(shí)的仿真結(jié)果如圖4所示。當(dāng)改變輸入電壓時(shí)，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(shí)的仿真結(jié)果如圖5所示，其電流接近1 A。

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(shí)間，其數(shù)值接近100 ns。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的V／I電路的設(shè)計(jì)方法，該電路采用合理的補(bǔ)償電容來(lái)消除電路中的過(guò)沖，其響應(yīng)時(shí)間為百ns級(jí)，而且可以加大驅(qū)動(dòng)電流?？捎糜隍?qū)動(dòng)電流型負(fù)載器件。仿真電路采用PSPICE中的實(shí)際器件模型，因而更接近實(shí)際搭建的電路，因此，該方法對(duì)驅(qū)動(dòng)高速電流型負(fù)載有一定的實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值。