隨著技術的不斷涌現，產生更快的高壓信號的需求不斷增長，而這種需求通常由終端設備驅動。這些終端設備可以是任何東西，從提高任意波形發生器 (AWG) 和高壓時鐘發生器的速度到驅動功率場效應晶體管或半導體測試設備的輸入。

高電壓和高電流對速度的要求不斷提高，這給末級輸出驅動放大器帶來了巨大壓力，要求其在工作的熱限制范圍內不使高頻正弦信號失真。當涉及低電阻或高電容負載驅動時，輸出放大器的高壓、高頻信號生成變得更具挑戰性；當您需要高頻下的高壓擺幅時，放大器的最大線性輸出電流驅動可能會受到限制。壓擺率限制導致輸出信號越來越失真，并且放大器無法在高頻下提供或吸收所需的輸出電流。

在這篇文章中，我將專注于在驅動低阻或高容性負載時改善高壓、高頻正弦信號的失真性能。

為了理解壓擺率限制，我根據峰值輸出電流 ( IP ) 稍微修改了大信號帶寬的壓擺率方程式，如方程式 1 所示：

其中，f 3dB是給定峰值輸出電壓 (V P ) 下放大器的 -3-dB 帶寬，R LOAD是放大器輸出端的總電阻負載。

為了保持恒定的壓擺率，對于給定的 V P和 R LOAD ，I P應該增加。根據 R LOAD，這種線性輸出電流要求可能非常高，這會自動對放大器的輸出電流驅動能力施加嚴格限制，同時限制高頻操作。對于容性負載，線性輸出電流降低的影響更加明顯，因為阻抗隨著頻率的增加而降低。

對抗這種輸出電流驅動限制的有效方法是使用負載共享來提升驅動器。負載共享的概念是讓多個并聯放大器驅動一個共享輸出負載，其中每個放大器由相同的輸入源 (V IN ) 驅動，如圖 1 所示。使用多個并聯放大器驅動一個共享輸出負載可以有效地降低每個放大器的輸出電流要求乘以 1/N，其中 N 是并聯放大器的數量。每個并聯放大器的輸出電壓相同，因為它們由相同的 V IN驅動。

圖 1：負載共享配置中的 N 個并聯 THS3491 放大器

假設反饋 (R F )、增益 (R G ) 和輸出串聯電阻 (R S1 ) 完美匹配，公式 2 給出了各個放大器輸出 V O(i)處的輸入到輸出傳遞函數：

其中 i =負載共享配置中的 1 到 N 個放大器。

等式 3 表示電阻負載 (R L1 )的 V OUT處的輸入到輸出傳遞函數：

其中是負載共享配置中 N 個放大器的組合輸出負載。

公式 4 計算負載共享配置中 N 個放大器的單個放大器輸出電流驅動：

讓我們以單個 THS3491 放大器在 20 V PP驅動 20 Ω 的 R LOAD為例。在這種情況下，所需的輸出電流驅動為 ±500 mA。THS3491 在 ±7 V 至 ±15 V 范圍內工作，提供 900 MHz 帶寬，同時在 100 MHz 下實現 20 V PP輸出電壓擺幅并驅動 R負載100Ω。盡管 THS3491 可以支持 ±500 mA 的峰值輸出電流，但其輸出在示波器上可能看起來失真（或三角形），因為壓擺率限制阻止了在高頻下提供/吸收所需輸出電流的能力。（對于任何高輸出電流運算放大器 [op amp]，跨頻率輸出電流的這種降低都是正確的。）在負載共享配置中使用兩個 THS3491 放大器可在兩個放大器之間平均分配 ±250 mA 的輸出電流驅動，導致跨頻率的輸出波形失真較小。

圖 2 和圖 3 分別顯示了二次 (HD2) 和三次諧波 (HD3) 測量結果，比較了兩個、三個和四個 THS3491 并聯放大器，同時以 20 Ω的 R負載驅動 20 V PP 。表 1 列出了用于創建20 Ω R LOAD的相應串聯和分流電阻值。從失真圖中可以看出，負載共享配置中失真性能的改善顯然具有優勢。使用兩個并聯放大器，諧波失真在 60 MHz 時會降低到 -30 dBc 以上。但是，對于三個或四個并聯放大器，對于相同的 20-V PP輸出擺幅，輸出電流驅動強度遠遠超過 100 MHz 。

圖 2：并聯 THS3491 放大器的 HD2 與頻率的關系；測試條件：VO = 20 V PP , R LOAD = 20 Ω

圖 3：并聯 THS3491 放大器的 HD3 與頻率的關系；測試條件：VO = 20 V PP , R LOAD = 20 Ω

表 1：THS3491 并聯放大器配置的輸出電阻值，以創建 R負載= 20 Ω

您可以從這種負載共享方法中推斷出兩件事：

• 現在，每個額外的放大器必須在相同的輸出電壓擺幅下輸出更少的電流，從而將工作頻率擴展到 f 3dB點以上。
• 并聯放大器數量的增加使電路能夠在相同的輸出擺幅和工作頻率下驅動更重的輸出負載。這是因為并聯放大器提供了增加的輸出電流提升。

需要注意的一點是，使用負載共享配置的缺點是穩定性降低，因為長輸入和輸出印刷電路板 (PCB) 信號會導致電容負載增加。輸出推/拉電流不匹配與系統功耗增加是這種方法的另一個副產品。所有這些因素最終將決定您可以添加的最大并聯放大器數量。

審核編輯：符乾江