回到基础:使用电流反馈运算放大器进行高速设计

时间:2023-07-18
    电流反馈运算放大器架构已成为许多应用的主要解决方案。该放大器架构具有多种优势,几乎可用于任何需要运算放大器的应用。电流反馈放大器没有基本的增益带宽积限制。
    随着信号幅度的增加,带宽的损失非常小,这通常表明这一点。由于可以以的失真容纳大信号,因此这些放大器在非常高的频率下具有良好的线性度。
    电压反馈放大器会随着增益的增加而损失带宽,而电流反馈放大器 则在很宽的增益范围内保持大部分带宽。因此,可以准确地说电流反馈放大器没有增益带宽积限制。
    当然,电流反馈放大器也不是无限快的。转换速率不受内部偏置电流的限制,而是受晶体管本身速度限制的限制。这使得给定偏置电流能够获得更大的转换速率,而无需使用正反馈 或其他通常会妨碍稳定性的转换提升技术。
    那么我们如何构建这些神奇的电路之一呢?
    电流反馈运算放大器具有输入缓冲器 ,而不是差分对。输入缓冲器通常是射极跟随器或非常类似的东西。同相输入为高阻抗,而缓冲器的输出为低阻抗。相反,电压反馈放大器的两个输入都是高阻抗。

    电流反馈运算放大器的输出是电压;它通过称为互阻抗 Z(s) 的复杂函数与流出或流入运算放大器反相输入的电流相关,该函数在直流时是一个非常高的数字。与电压反馈运算放大器一样,它随着频率的增加而出现单极滚降(如下图 1)。

    图1。电压通过称为互阻抗 Z(s) 的复杂函数与流出或流入运算放大器反相输入的电流相关。
    电流反馈运算放大器的关键灵活性是可调带宽和稳定性。由于反馈电阻值实际上改变了放大器的交流环路动态,因此它会影响带宽和稳定性。
    再加上非常高的转换速率和基于反馈电阻的可调带宽,您可以获得非常接近器件小信号带宽的大信号带宽。此外,该带宽在很宽的增益范围内基本上得到保留。由于固有的线性度,您也可以在高频下获得大信号的低失真。
    寻找射频
    放大器的交流特性部分依赖于反馈电阻,这使我们能够针对每种独特的应用定制放大器。降低反馈电阻值可提高环路增益。

    在低增益时,反馈电阻器设置为较高值以保持稳定性和带宽。随着增益的增加,环路增益自然会减少。当需要高增益时,可以通过使用较小的反馈电阻来部分恢复该环路增益。下面的图 2 说明了更改反馈电阻时带宽会发生什么变化。

    图2. RF = 300 曲线具有出色的平坦度和增益,并且仍然具有与峰值频率响应相当的良好带宽。
    在右边的曲线处,RF = 147 欧姆,频率响应已达到相当大的峰值。该曲线还具有的带宽。将电阻减小到远低于 147 欧姆会导致脉冲响应出现振铃,并且实际上会发生振荡。
    RF = 300 曲线具有出色的平坦度和增益,并且仍然具有与峰值频率响应相当的良好带宽。因此,我们在不放弃大量带宽的情况下获得了很大的稳定性。
    使用 600 欧姆的反馈电阻,您可以缩小频率响应。如果应用仅需要 50MHz 或 60MHz 带宽,并且任何超过该带宽的带宽都会产生噪声,则您可以使用反馈电阻来定制器件的频率响应。使用带宽有限的快速放大器的原因是它提供了出色的信号保真度。
    正如预期的那样,建议增益为 2 时使用 300 欧姆电阻,它具有增益平坦度、稳定时间和速度的组合。此外,对于 1 的增益,您需要一个 600 欧姆的反馈电阻器才能获得性能。这是因为环路增益非常高,为了稳定性需要更大的电阻值。
    这是与电压反馈架构的主要区别。电流反馈放大器不能与输出短路至反相输入一起使用。
    数据表中指定的常见电阻器的增益为 2。然而,您终可以使用的实际值有很大的灵活性(上图 2)。数据表中推荐的值是用于生成性能表和曲线中发布的规格的值。又是 5 个,RF 降至 200 欧姆(上图 3)。
    现在增益设置电阻只有 50 欧姆,因此我们已经达到了输入缓冲器电阻和增益设置电阻具有相似值的程度。这会降低运算放大器的闭环互阻抗,并随着增益的增加而开始限制带宽。
    在增益为 8 时,反馈电阻器回到 275 欧姆。一旦无法减小反馈电阻器以获得更高增益,带宽就会受到影响,并且放大器开始表现得像电压反馈放大器。
上一篇:使用三点电流反转来减少低电阻/功率测量中的误差
下一篇:如何表征电源变压器的 EMI 性能

免责声明: 凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

相关技术资料