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[参考译文] OPA1679:共享通用输入并使用具有不同增益的两个放大器

Guru**** 1637530 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, TLV320ADC5140, OPA1679, TLV9154
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/audio-group/audio/f/audio-forum/1250361/opa1679-share-common-input-and-use-two-amp-with-different-gain

器件型号:OPA1679
主题中讨论的其他器件:TINA-TITLV320ADC5140、、 TLV9154

大家好、

客户希望使用共享公共输入的双路运算放大器。 由于这些运算放大器的差分增益、一个运算放大器失真通过反馈环路影响另一个运算放大器。

是否有很好的解决方案可以避免这种情况? 如电压跟随器或发射极跟随器

例如:)

Ch1 Vin ->运算放大器(反相放大器)-> Vout (G = XX)

通道2输入电压->运算 放大器(反相放大器)->输出电压(增益= YY)

当 Ch1运算放大器削波时、失真会影响 Ch2。 他们希望使其独立。

林市

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    您好、Hayashi:

    展示两种配置的原理图来显示实际增益会很有用。 无论在何种情况下、该问题都与将 Vout1推到其电源轨时接通的背对背输入保护二极管有关-请参见下文。

     h

    由于源阻抗 Rsource 是有限的、因此当 D1或 D2正向偏置(请参阅 AM1)而 Vout1过于接近其轨时、它会导致 Rsource 上的下降、使输入信号 Vin 失真、请参阅下文。

    一种简单的解决方案是缓冲 被推到非线性运行模式的运算放大器-见下文。  尽管 D1或 D2消耗电流、但它由缓冲器供电、AM2保持接近零、从而消除了 Vin 失真。

    为了方便起见、我在下面附上了 TINA-TI 原理图。

    e2e.ti.com/.../Hideki-OPA1679.TSC

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    尊敬的 Marek-san

    林先生的问题是我的要求。  
    因此,我想代表林先生提出一个问题。

    感谢您的答复。
    通过您对内部电路的解释和仿真的执行、我能够理解这种现象。

    如果这是保护二极管的影响、是否难以使用电阻器或类似器件来避免?
    实验已证实电压跟随器可有效避免这个问题。
    但是、由于需要注意的输入数量、运算放大器成本高昂。
    因此、如果可能、我们会将其替换为发射极跟随器。
    此外、为了最大限度地提高 TLV320ADC5140的 SNR、我们正在考虑使用2.5kΩ 的输入阻抗(寄存器设置)。
    在本例中、发射极跟随器电路的发射极电阻需要达到多高? 请回答。


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    为了避免由其中一个运算放大器的电压轨导致的失真、缓冲器必须不仅能够拉取而且能够灌入高电流电平(请参阅 AM1、其中显示了双极性信号电平)、 这对于上述发射极跟随器电路是无法实现的、其中灌电流幅度限制为(Vin-Vbe)/R。  解决该问题的一种方法是使用一个运算放大器、该运算放大器没有诸如 TLV4197 (请参阅下文)的背对背输入保护二极管、其 THD 优于 OPA1679、但每千片价格更高。

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    尊敬的 Marek-san

    感谢您的答复。
    数据表中的什么位置是您说的"请参阅 AM1显示双极性信号电平"?
    另外、它表示它吸收了大电流、但电流值是多少?
    当您说使用发射极跟随器是不可能的时、您是说即使发射极电阻减小、也是不可能的吗?
    (即使它是通过减小发射器电阻实现的、由于电流消耗将增加、这也许是现实的。)

    我在与电压跟随器的实验中使用了贵公司的 TLV9154。
    效果如预期般、但该运算放大器是否有保护二极管?

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    尊敬的 Kasugai-San:

    AM1双极性电流显示在您的特定应用中-请参阅下面的红色矩形框(-34.22 mA)。  但是、由于您没有 分享 您的应用的详细信息或任何有关所需输出驱动的信息、因此我无法选择发射极电阻器的值。

    对于负输入信号 VG1、如上所示的 NPN 发射极跟随器将关闭、因此您将无法传递输入 信号。  因此、您必须添加并联 PNP 发射极跟随器、当 VG1只有几百毫伏时会有一个死区(大失真)-见下文。 因此、您必须实现一个分立式 AB 类输出级、该输出级比使用单片运算放大器更广泛。

    与 OPA1679不同、TLV9154没有背靠背输入保护二极管(见下文)、因此您可以在应用中使用该二极管。

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    感谢您的意见。

    至少发现 TLV9154的缓冲是有效的。

    我随附了我的设计信息。
    您要讨论的死区是在双电源应用中输入非常接近零时、NPN 和 PNP 同时导通导致的失真、对吗?

    该电路使用单电源供电、我打算向发射极跟随器的输入端施加偏置电压。
    因此、即使在负输入期间 NPN 晶体管也导通、因此我认为没有死区。
    此外、我知道需要大约100Ω 的发射极电阻才能流过34mA 或更高的灌电流。 我的理解是否正确?


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    TLV9154没有背靠背输入保护二极管、因此您的电路在没有缓冲器的情况下应该可以正常工作。

    在单电源中、电流不仅取决于发射极电阻器、还取决于发射极电压(VF1)、其中 VF1 = VG1-VBE、AM1 = VF1/R2 -请参见下文。  因此、在3.6V 电源上、最大 AM1电流仅约为28mA。  另请注意、VF1在接近接地时失真、因为 NPN 关闭、因此 AM1电流不能流动。   

    如果不提供基本信息、很难为您提供帮助。 因此、如果您需要进一步的帮助、请提供有关输入信号(幅度和频率)以及预期输出负载的详细信息。  此外、如果您计划对信号进行交流耦合、则必须提供运算放大器或 PGA 正常运行所需的电流偏置路径。

    e2e.ti.com/.../4812.NPN-emitter-follower.TSC

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    尊敬的 Marek-san


    感谢您的答复。

    看来在某一点上存在误解、所以请允许我检查一下。
    这次、输入失真不在 OPA1697中发生、而是在 TLV320ADC5140的 PGA 中发生。
    TLV9154用于形成电压跟随器、以避免该输入失真。
    然而、由于电压跟随器价格昂贵、因此问题是是否可能将其替换为发射极跟随器。

    尽管它是采用单电源的发射极跟随器、但如果电源为3.6V、偏置电压为1.8V、最大预期输入为0dBV、幅值为±1.4V、因此基极输入电平为0.4V 至3.2V。 然而、由于 VBE 的压降(假设为0.8V)、发射极输出为-0.4V 至2.4V。 此时、了解低于0V 的电压将受到失真是否正确?

    因此、通过将电源设置为5V、将偏置电压设置为2.5V、基极输入为1.1到3.9V、发射极输出为0.3到3.1V。
    此时的发射极电流为3.1V/R。 我想知道 R 的电阻值有多好。

    详细信息。
    最大输入电平:0dBV
    输出负载:TLV320ADC5140的 PGA (使用输入阻抗= 2.5kΩ)、AVDD = 3.6V、采用交流耦合的输入

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    Hiroki、

    对于3.6V 操作和1k 的 R2、发射器跟随器输出将在 Vbia<600mV 时失真-见下文。

    使用5V 电源将消除失真-请参阅下文。  由于您似乎驱动高阻抗(TLV9154或 PGA 输入)、因此使用1k 的 R2应该没有问题。

    通过使用交流耦合来判断、假设您只想测量交流信号、而不关心输出会通过 VBE 进行电平转换。  

    但是、您还必须添加上拉电阻器、以便为 TLV320/ADC5140的输入偏置电流提供路径-请参阅下文。

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    尊敬的 Marek-san


    感谢您的答复。


    我了解到、要使用缓冲器接收至少0dBV 的输入、需要5V 的集电极电压、2.5V 的偏置电压和1kΩ 的发射极电阻。

    关于交流耦合、TLV320ADC5140的 PGA 似乎有内部偏置、但可以在外部应用吗?

    此外、TLV320ADC5140的 AVDD 高达3.6V、因此无法提供5V 电源。

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    Kasugai-San,

    是的、只要1k Ω 发射极电阻的 输出是交流耦合的、就应该工作。

    您对  TLV320ADC5140  3.6V 的最大电源电压是正确的-这意味着、为了避免失真、VG1的最大振幅不能高于大约1.2V (请参阅下面)。

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    尊敬的 Marek-san


    感谢您的答复。


    您提供的配置可通过将发射极跟随器的集电极设置为3.6V 并将基极偏置设置为1.8V 来进行配置、但缺点是振幅限制为1.2V (=-3dBV)。

    是否可以通过将集电极设置为5V、基极偏置设置为2.5V 并提供齐纳二极管来保护 TLV320ADC5140的输入、从而使缓冲器电路在保持0dBV 最大输入电平的同时工作(见下文)?

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    Kasugai-San,

    是的、如果您有两种不同的电源电压(+3.6V 和5V)、那么您应该能够通过将 NPN 的集电极连接到5V、同时 以3.6V 为 TLV320ADC5140供电来最大限度地扩大动态电压范围。  但是、为了保护  TLV320ADC5140的模拟输入、应该使用快速作用的肖特基 二极管、而不是齐纳二极管。  此外、请确保您 为该应用选择的 NPN 晶体管的 VBE 满足您的电压摆幅要求、这样、当发射极电压接近 接地时、NPN 不会关断(截止)。

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    尊敬的 Marek-san


    感谢您的答复。

    关于您将齐纳二极管更改为肖特基势垒二极管的建议、是否正确地知道当发射极电压达到接近 GND 时晶体管会关断、并且需要一段时间才能再次导通?

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    一点校正。 我想使用 trr = 16ns 的快速恢复二极管(FRD)、而不是齐纳二极管。 哪一个 FRD 或 SBD 更好?

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    仅当发射极和地之间存在设置电流的发射极电阻器(例如1k)时、发射极电压达到接近 GND 时、NPN 晶体管才会关闭、  但即使它确实关断、只要基极电压足够高、开通时间就应该非常短。    

    由于 FRD 二极管的正向偏置电压在1.3V 到3.6V 之间相对较高、在齐纳二极管过慢的情况下、可能无法保护 TLV320ADC5140免受输入过压的影响、因此会出现问题。 这就是我推荐正向 偏置电压仅为200-300mV 的快速肖特基二极管的原因。  

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    尊敬的 Marek-san


    感谢您的答复。

    FRD:关断时间没有问题、但由于 VF 较高、IC 可能无法得到充分保护。
    ZD:由于需要关断时间、NPN 会在 GND 附近长时间保持关断状态。
    SBD:适合此电路、因为没有关断时间且 VF 为低电平。

    请告诉我在使用 SBD 时是否有任何预防措施。 一般而言、反向电流很高、但由于电流值原本很小、反向电流不会正常使用、有什么问题吗?

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    Kasugai-San,

    您所说的大部分正确信息、请参阅以下链接以了解更多详细信息: https://www.shindengen.com/products/semi/column/basic/diodes/sbd.html

    假设您打算使用 SBD 二极管 来保护 TLV320ADC5140输入免受如下所示过压的影响、唯一要确保的是 SBD 二极管的额定电流满足 过压条件下 NPN 晶体管可能提供的最大电流。

    此外、如果用于为  TLV320ADC5140供电的3.6V 电源为 LDO、 或者任何  在过压条件下无法灌入电流的其他类型、您还必须在其电源引脚  上添加3.9V TVS (请参阅低于绝对最大额定值)、以便为电流提供路径、如上图所示。