如何使用跨導(dǎo)放大器開發(fā)振蕩器

作者：Xavier Ramus 德州儀器

由于寄生或環(huán)路增益問題，在處理高速放大器時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)煩人的振蕩。我們可以預(yù)測振蕩的頻率范圍，但無法鎖定特定頻率。那么，如何創(chuàng)建具有特定頻率的振蕩器呢？

創(chuàng)建方法多種多樣。很多振蕩器電路都基于晶體管，但也有一些適合使用運(yùn)算放大器。這里我們將使用運(yùn)算跨導(dǎo)放大器 (OTA) 來創(chuàng)建線性振蕩器?？鐚?dǎo)是電壓向電流的轉(zhuǎn)換，可表示為 mA/V 或 S (Siemens)。如欲了解有關(guān) OTA 的更多詳情，敬請(qǐng)查閱 OPA861 產(chǎn)品說明書或我編寫的、題為《解密運(yùn)算跨導(dǎo)放大器》的應(yīng)用手冊(cè)。

理解 OTA 的一種簡單方法是將其看成三端自偏置雙向晶體管，包括 B 輸入、E 輸入／輸出以及 C 輸出端。這里使用的命名法主要強(qiáng)調(diào)與晶體管的相似之處。B 輸入端與雙極晶體管的基本功能相同，E 相當(dāng)于發(fā)射極，C 相當(dāng)于集電極。E 輸入／輸出可根據(jù)電路配置，用作輸入或輸出。

因此，B 輸入是高阻抗，E 輸入為低阻抗，可提供支持 gm 跨導(dǎo)增益 (mA/V) 的輸出阻抗，而 C 輸出則為高阻抗。

振蕩頻率的計(jì)算公式為 。

RC 將得出 Q 因數(shù)或諧振頻率周圍的擴(kuò)散寬度結(jié)果，而 RE 將得出增益結(jié)果。注意：增益電阻器是 E 輸入內(nèi)部阻抗與外部增益電阻之和。

同樣，別忘了在計(jì)算諧振頻率時(shí)考慮 C 輸出端、B 輸入端以及緩沖器輸入節(jié)點(diǎn)上的寄生電容，并將 Cosc 作為主項(xiàng)。

在這里開發(fā)的電路通過 OPA860 實(shí)施，該器件完美整合了一個(gè)高速 OTA 和一個(gè)閉環(huán)緩沖器。為得到下圖 2 所示結(jié)果，我們選擇了以下組件：

RC = 100W (5%)

RE = 24W (5%)

Losc = 12nH (5%)

Cosc = 1nF（X7R 陶瓷 = ±15%）

由于各種組件容差問題，我們預(yù)計(jì)振蕩頻率將介于約 41.8MHz 和約 51.6MHz 之間。我們依據(jù)組件容差測量室溫頻率為 43.1MHz。

為獲得以上情節(jié)，將整個(gè) PCB 插入加熱爐，使所有組件一起漂移。整體中心頻率變化來自獨(dú)立 LC 元件。OTA 跨導(dǎo)增益也會(huì)變化，但由于其隨溫度變化而變化，因此增益也會(huì)改變。如果增益變得不足，振蕩就會(huì)停止。

必須做一些改進(jìn)才能最大限度降低諧振頻率的溫度依賴性。可使用校準(zhǔn)。如果是在室溫下使用，該電路可通過監(jiān)控振蕩來測量系統(tǒng)的電容或電感變化。隨著系統(tǒng)電容或電感的變化，諧振頻率也會(huì)發(fā)生改變，提供變化元件的相對(duì)測量值。

如果您的電路存在振蕩問題并希望獲得更多有關(guān)應(yīng)對(duì)辦法的更多詳情，敬請(qǐng)查看我的博客文章“高增益、高帶寬：該電路為什么振蕩”。

閱讀原文, 請(qǐng)參見http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2013/07/31/wanted-stable-oscillator.aspx

編輯：jq