菱形缓冲器电路探秘

图34是恒流源的菱形缓冲器输出端对电源交流干扰信号所产生的频率响应，其PSRR从69dB增加到79dB。

图35是使用结型场效应管驱动双极性晶体管的缓冲器输出踹对电源交流干扰信号所产生的频率响应，其PSRR从58dB增加到61dB。由以上PSRR的实验可知，缓冲器的正负电源上的谐波如果相位相反，可以大幅提高缓冲器的PSRR数值。

　　总谐波失真(THD)分析

　　在OrCadPSPICE上实验谐波失真的方法是将电路输入10VlkHz正弦波电压信号，使用OrCadPSPICE的快速傅立叶变换(FPT)功能，将输出波形转换成频谱来观察失真成分。图36是基本的菱形缓冲器的电路输出波形的频谱，以基频为1OV、谐波成分1mV为例，失真为0.01%，三次谐波失真大约在0.01%，其他的谐波都低于0.01%。

　　图37是西克对管菱形缓冲器输出波形的频谱，与基本的菱形缓冲器相比，低次谐波失真小一点，高次谐波失真较多。

图38是恒流源菱形缓冲器输出波形的频谱，与基本的菱形缓冲器相比谐

波失真要小得多。图39是结型场效应管驱动双极性晶体管的缓冲器输出波形的频谱，其谐波失真比恒流源菱形缓冲器的谐波失真大一些。

　　瞬态互调失真(TIM)分析一般的环路负反馈放大器大致可分成比较输入信号与反馈信号间误差的差动输入级、放大误差信号的电压放大级，做电流放大的功率级三个部分。电压放大级由于存在着米勒效应作用类似积分器，做电流放大的功率级则是缓冲器，环路负反馈放大器的简化等效电路模型就如图40所示。

通常在设计环路负反馈放大器时，大都是以稳态响应来考虑每一级的工作范围，所以差动输入级的工作范围都被设计得很小，但对于高速瞬态响应而言，由于输出端无法立即对高速瞬态信号做出反应，造成输入信号与反馈信号差异太大，超过差动输入级的工作范围，导致输入级瞬间输入过载，限制了输出信号的转换速率。对于无环路负反馈放大器而言，输出信号的转换速率限制是在于每一个放大级的带宽有限，每一个放大级都相当于低通滤波器，以致使输出信号的转换速率变慢，而非因为输入级瞬间输入过载所导致。瞬态互调失真(TIM)是专门用来描述环路负反馈放大器输入级瞬间输入过载所导致的失真情形。标准的TIM失真测试方法，是将3.l8kHz的方波跟15kHz的正弦波以幅值4：1的比例混合起来作为待测放大器的输入信号。3.l8kH2方波的5次谐波为15.9kHz，跟l5kHz的正弦波相差900Hz。如果发生TIM失真，待测放大器的输出信号会产生出900Hz的差频信号。只要观察待测放大器的输出信号有没有产生900Hz的差频信号，便可以判断有没有产生TIM失真。

图41为OrCADPSPICE中将3.l8kHz的方波跟l5kHz的正弦波以幅值4：1的比例混合起来的电路图，其中V2这个3.l8kHz的方波使用到PWL组件，PWL组件无法在电路图上直接加以定义，而必须在电路的网络表(Netlist)文件中加人波形描述。图42为3.l8kHz的方波跟l5kHz的正弦波以幅值4：1的比例混合起来的波形。

图43为3.l8kHz的方波跟l5kHz的正弦波以幅值4：1的比例混合起来的波形的频谱图，图中的频谱曲线有一些小凸起是软件计算误差所致，这是由于设定电路仿真时每个步长为0.lμs，如果设定成每个步长为0.0lμs，频谱曲线的小凸起就看不见了。

图44是基本的菱形缓冲器TIM失真测试电路的输出波形频谱，没有TIM失真产生。

图45是西克对管菱形缓冲器TIM失真测试电路的输出波形频谱，TIM失真非常严重。

图46是恒流源菱形缓冲器TIM失真测试电路的输出波形频谱，没有TIM失真产生。

图47是结型场效应管驱动双极性晶体管的缓冲器的TIM失真测试电路的输出波形频谱，没有TIM失真产生。

　　综合比较这4种缓冲器电路，恒流源菱形缓冲器在各方面的性能表现几乎都优于其他的缓冲器电路。使用电路仿真软件在计算机上傲电路实验相当方便，本文所做的实验大都只观察电路的输出端，其实电路仿真软件可以很方便、很迅速的观察电路中每一个电路节点的电压和电流参数，以及电路中每一个元件的状态，由于篇幅所限无法一一展示在本文中，读者可以在计算机上做详细的电路仿真实验，以便深入认识菱形缓冲器电路的工作原理。

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