窄脉冲小信号运算放大电路的设计与实现

摘要：文中设计并实现了一个窄脉冲小信号运放电路。在文章的开始首先介绍了运放的使用背景以及这次设计的目的，然后介绍了设计思路和具体的电路实现，最后对该运放进行测试。测试表明该运放能够对上升沿为50ns的窄脉冲小信号进行放大。
关键词：运放；窄脉冲；小信号

运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业中。
文中介绍的就是一种以三个芯片级联而成的差分运算放大器，该运放能实现窄脉冲小信号放大，脉冲的上升沿可以达到50ns。

1 设计目的
根据项目需要，本次设计的差分运算放大器是用于放大检波器输出的信号的，由于接收机接受的信号是小信号脉冲调制，因此设计的运放必要能够放大小信号窄脉冲。因为在小信号情况下，检波器输出为毫伏级别，而指标要求输出在-2～+2V之间，所以设计的差分放大电路放大倍数约100倍。

2 设计思路
由于此次设计的运放是为了放大脉冲信号的，所以必须要考虑脉冲信号上升沿的问题，如果上升沿时间太大会导致脉冲信号的失真，因此设计的最初就是要限定脉冲信号上升沿时间T50ns。由于脉冲信号的带宽和上升沿存在如下关系：F×T=3．5(F表示带宽)，可知上升沿时间越小，带宽就越大，当上升沿时间T=50ns时．带宽就要达到70MHz。因为运放的带宽和增益成反比，如果只使用一级运放，在达到要求带宽的同时增益就达不到要求的100，因此本次设计的运放采用两级放大结构，每级放大10倍。

3 相关电路
从以上分析可知本次运放电路采用两级结构。第一级首先对基带信号进行差分放大，芯片选择AD公司的ADA4817-1和ADA4817-2，第一级放大电路如图1所示。

第一级放大所用的芯片ADA4817-1(单通道)和ADA4817-2 (双通道)FastFET放大器是单位增益稳定、超高速电压反馈型放大器，具有FET输入。这些放大器采用ADI公司专有的超高速互补双极型(XFCB)工艺，这一工艺可使放大器实现高速和超低的噪声(4nV／√Hz；2．5 fA／√Hz)以及极高的输入阻抗。