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%26;#177;10mA,MAX436是%26;#177;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  

参    数
MAX435
MAX436

电源电压V+､V-
%26;#177;5V
%26;#177;5V

电源电流Is
35mA
35mA

输入电压范围Vi+､Vi-
%26;#177;2.5V
%26;#177;2.5V

输入失调电压VOS
0.3V
0.3V

失调电压温漂ΔVos/ΔT
3.5μV/℃
3.5μ/℃

输入电阻Ri
800kΩ
700kΩ

输出电压范围Vo+､Vo-
%26;#177;3.5V
%26;#177;3.5V

输出阻抗Zo
3.5kΩ
3.3kΩ

输出电流Io
%26;#177;10mA
%26;#177;20mA

电流增益K
4.00A/A
4.00A/A

转换速率SR(ZL=25Ω)
550V/μs
550V/μs

-3dB带宽
275MHz
275MHz

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%26;#215;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｡

(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%26;#183;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｡