Применение усилителей с обратной связью по току и усилителей с переменным коэффициентом усиления в выходных каскадах простых генераторов сигналов

17 октября 2016
В прошлом наиболее сложной при проектировании частью генераторов сигналов была разработка выходных каскадов. В настоящее время можно использовать небольшие, относительно недорогие схемы, состоящие из усилителя с переменным коэффициентом усиления (УОУ/VGA), соединенного с усилителем с обратной связью по току (CFA). Такой каскад обеспечивает ширину полосы пропускания порядка 20 МГц, с амплитудой выходного сигнала 22,4 В (+39 дБм) на согласованной нагрузке 50 Ом.

Сигнал с ЦАП в случае объемной модуляции или с системы прямого цифрового синтеза (DDS) при формировании гармонических сигналов, как правило, требует усиления или ослабления. Стандартные генераторы сигналов имеют выходную амплитуду от 25 мВ до 5 В, и диапазон подстройки около 46 дБ. ИС AD8338 представляет собой VGA с малым потреблением и диапазоном подстройки (прим. переводчика: коэффициента усиления) в 80 дБ. В идеальном случае выходная амплитуда классического генератора сигналов (прим. переводчика: построенного на этой ИС) может изменяться в диапазоне 0,5 мВ – 5 В, при отсутствии реле или ключевых схем. Полный диапазон был бы плавно регулируемым, без разрывов, связанных с переключателями и реле. Более того, отсутствие схем коммутации приведет к увеличению срока службы и повысит надежность системы.
Многие современные ЦАП и DDS имеют дифференциальные выходы. ИС AD8338 идеально подходит для работы с дифференциальными выходами. В генераторах гармонических сигналов ЦАП может быть заменен на DDS. Отличительной особенностью AD8338 является гибкий входной каскад, который позволяет управлять входными токами, используя схему «H-Amp», изобретенную Гилбертом Бэрри (Gilbert Barrie, ADI). В этой схеме используется обратная связь для балансировки входных токов, при этом напряжение внутренних узлов поддерживается на уровне 1,5 В. В нормальных  условиях, при использовании 500 Ом резисторов, входное напряжение в 1,5 В вызывает ток 3 мА.  Если входное напряжение будет больше, например 15 В, необходимо использовать входной резистор с большим номиналом. Номинал выбирается таким образом, чтобы обеспечить входной ток в 3 мА.
К достоинствам VGA (УОУ) по входу можно отнести то, что диапазон регулирования коэффициента усиления может перемещаться относительно различных контрольных точек (уставок). Многие коммерческие модели генераторов имеют выходную мощность 250 мВтrms, что соответствует +24 дБм на нагрузке с импедансом 50 Ом (гармонический сигнал). Этой мощности недостаточно, например, для испытаний высокомощных ВЧ усилителей или ультразвуковых генераторов импульсов.
Больше это не является проблемой. Усилитель с обратной связью по току (CFA) ADA4870 может выдать ток до 1 А при выходном напряжении ±17 В (напряжение питания ±20 В). Данная ИС может выдавать гармонический сигнал частотой до 23 МГц при максимальном токе нагрузки, что делает ее идеальным усилителем мощности для следующего поколения функциональных генераторов общего назначения.
Для подбора оптимальной амплитуды выходного сигнала коэффициент усиления ADA4870 выбран равным +10, таким образом, амплитуда сигнала по входу составляет 1,6 В. Вход ADA4870 – несимметричный, а выход AD8338 – дифференциальный, для их согласования используется AD8130 ОУ с дифференциальным входом и несимметричным выходом, полоса пропускания 270 МГц, скорость нарастания 1090 В/мкс. Выходное напряжение AD8338 ограничено амплитудой в ±1 В, поэтому AD8130 будет промежуточным усилителем с Ку = 1,6 В/В. Выходной каскад генератора сигналов полностью сформирован на этих трех интегральных схемах.
 
Схема выходного каскада генератора сигналов.

David Hunter, Analog Devices 

Оставить комментарий