電流反饋運(yùn)放電路設(shè)計(jì)

1、電流反饋運(yùn)放電路設(shè)計(jì)電流反饋放大器不受基本增益帶寬積的限制，隨著信號(hào)幅度的增加，帶寬的損失非常小。因?yàn)榭梢栽谧钚∈д娴臈l件下對(duì)大信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些放大器在非常高的頻率下通常都具有優(yōu)異的線性度。而電壓反饋放大器的帶寬隨著增益的增加降低，電流反饋放大器在很寬的增益范圍上維持其大部分帶寬不變。 正因?yàn)槿绱?，?zhǔn)確地說，電流反饋運(yùn)放沒有增益帶寬積的限制。當(dāng)然，電流反饋運(yùn)放也不是無限快，其壓擺率(Slew Rate)不受內(nèi)部偏置電流的限制，但受三極管本身的速度限制。對(duì)給定的偏置電流，這就容許不用通?？赡苡绊懛€(wěn)定性的正反饋或其方法來獲得較大的壓擺率。 那么如何構(gòu)建這些電路呢？電流反饋運(yùn)放具有一個(gè)與差分對(duì)相對(duì)

2、的輸入緩沖器，該輸入緩沖器大多數(shù)情況下常常是射極跟隨器或其它非常類似的電路。正相輸入端具有高阻抗，而緩沖器的輸出，即放大器的反相輸入具有低阻抗。相比之下，電壓反饋放大器的輸入都是高阻。 電流反饋運(yùn)放的輸出是電壓，并且它與流出或流入運(yùn)放的反相輸入端的電流有關(guān)，這由稱為互阻抗(transimpedance)的復(fù)雜函數(shù)Z(s)來表示(圖1)。在直流時(shí)，互阻抗是一個(gè)非常大的數(shù)，并且像電壓反饋運(yùn)放一樣，它隨著頻率的增加具有單極點(diǎn)滾降特性。 電流反饋運(yùn)放靈活性的關(guān)鍵之一是具有可調(diào)節(jié)的帶寬和可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。因?yàn)榉答侂娮璧臄?shù)值實(shí)際上改變放大器的交流環(huán)路的動(dòng)態(tài)特性，所以能夠影響帶寬和穩(wěn)定性兩個(gè)方面。加之具有非常

3、高的壓擺率和基于反饋電阻的可調(diào)節(jié)帶寬，你可以獲得與器件的小信號(hào)帶寬非常接近的大信號(hào)帶寬。在甚至更好的情況下，該帶寬在很寬的增益范圍內(nèi)大部分都維持不變。而因?yàn)榫哂泄逃械木€性度，你也可以在高頻大信號(hào)時(shí)獲得較低的失真。 如何發(fā)現(xiàn)最佳的反饋電阻RF 由于放大器的交流特性部分地取決于反饋電阻，這就讓我們能夠針對(duì)每一個(gè)特定的應(yīng)用“量身定制”放大器。降低反饋電阻的數(shù)值將提升環(huán)路增益。為了保持穩(wěn)定性和最大的帶寬，在低增益時(shí)，反饋電阻要設(shè)置為較高的數(shù)值；隨著增益的上升，環(huán)路增益自然降低。如果需要高的增益，可以利用較小的反饋電阻來部分地恢復(fù)環(huán)路增益。 圖1：具有Z(s)和反饋電阻的電路示意圖 圖2：能夠體現(xiàn)LMH

4、6714特色的不同RF條件下的頻率響應(yīng) 在圖2中你可以看到隨著你改變反饋電阻帶寬所發(fā)生的變化。在右手曲線的遠(yuǎn)處，反饋電阻RF等于147，你可以看到頻率響應(yīng)具有相當(dāng)大的峰值。該曲線也具有最高的帶寬。減小該電阻到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)147，會(huì)導(dǎo)致你的脈沖響應(yīng)出現(xiàn)振鈴，如果再進(jìn)一步減小該電阻，實(shí)際上就會(huì)發(fā)生振蕩。RF等于300的曲線具有優(yōu)異的平坦度和增益，并仍然具有與峰值頻率響應(yīng)可比的良好帶寬。 所以，我們不必犧牲太多的帶寬就已經(jīng)獲得了很高的穩(wěn)定性。利用600的反饋電阻，你就能調(diào)節(jié)回你的頻率響應(yīng)。例如，如果一個(gè)應(yīng)用僅僅需要5060MHz的帶寬，在該頻段內(nèi)的任何信號(hào)都會(huì)對(duì)噪聲有所貢獻(xiàn)，你可以利用反饋電阻來調(diào)節(jié)

5、你的器件的頻率響應(yīng)。在如此有限的帶寬內(nèi)，利用如此高速的放大器的原因在于它提供優(yōu)異的信號(hào)保真度。 圖3來自相同器件的數(shù)據(jù)表，該圖說明了對(duì)給定正相增益的推薦反饋電阻。正如預(yù)期的那樣，對(duì)增益為2的放大器推薦采用300的電阻，它具有最佳的增益平坦度、建立時(shí)間和速度的組合。此外，從該圖中可 圖4：利用串聯(lián)輸出電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)容性負(fù)載的隔離 如圖4所示，通過引入一個(gè)電阻(ROUT)，放大器幾乎可以驅(qū)動(dòng)任何大小的電容而沒有穩(wěn)定性問題。這是電壓和電流兩種反饋放大器常用的技術(shù)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，該技術(shù)特別有用。ROUT電阻被放置在運(yùn)放和容性負(fù)載(即ADC)之間。只要電路板空間允許，要把電阻靠近放大器放置。圖5

6、：LMH6738推薦的ROUT與容性負(fù)載的對(duì)比 在圖5中，圖表上的曲線顯示了根據(jù)電容大小建議的ROUT電阻數(shù)值。該圖表是根據(jù)1k的阻性負(fù)載繪制的。如果RL的數(shù)值較小，ROUT也可以更小。另一個(gè)選項(xiàng)是把ROUT放在反饋環(huán)之內(nèi)(圖中沒有標(biāo)出)。你可以把RF連接到隔離電阻的輸出側(cè)，而不是圖中ROUT和放大器之間用RF連接。這樣做將保持增益的精度，但是跟在其它例子中一樣，你將仍然在隔離電阻上損失相同大小的電壓擺幅。盡管該技術(shù)確實(shí)有其缺陷，但應(yīng)該這樣實(shí)現(xiàn)。 因?yàn)殡娮韬碗娙菪纬梢环N低通濾波器，對(duì)于這種電路的應(yīng)用，存在某種帶寬的損失。實(shí)際應(yīng)用表明，無論電阻阻值多大，電容越大就越難驅(qū)動(dòng)，并降低帶寬。 降低系統(tǒng)

7、噪聲 如果你正在構(gòu)建一種IF放大器或低頻RF放大器，那么把噪聲最小化就特別重要。利用電流反饋放大器，增加反饋電阻常常能減小系統(tǒng)的噪聲，這是因?yàn)轭l率響應(yīng)衰減得比電阻噪聲的上升要快。 為了減小跟隨放大器電路的那部分噪聲，非常重要的一點(diǎn)是僅僅采用必需的帶寬，而不要選用超過應(yīng)用需求的帶寬。除了采用反饋電阻的最佳數(shù)值之外，你可以給電路添加附加的濾波電路。 利用Sallen-Key濾波器拓?fù)?，濾波器常?？梢员磺‘?dāng)?shù)睾喜⒌椒糯笃鞯姆答伨W(wǎng)絡(luò)中。如果可能的話，交流耦合將有助于消除低頻噪聲，那常常就是所謂的1/f噪聲，目標(biāo)是濾除在你的放大帶寬之外的所有噪聲。從系統(tǒng)的層面考慮，要求在電路中盡早布置最低噪聲和最高增益

8、的模塊。你提高增益越早，其后噪聲對(duì)你的信號(hào)的影響就越小。如果可能的話，要避免大的信號(hào)源電阻，電阻增加的熱噪聲與電阻值成正比。 電壓反饋放大器的優(yōu)勢(shì) 如果比較電流反饋和電壓反饋兩種放大器，你會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓反饋放大器在某些方面可能具有一定優(yōu)勢(shì)。利用電流反饋拓?fù)?，輸入偏置電流并沒有系統(tǒng)地匹配。正相輸入比反相輸入阻抗更大通常具有更低的輸入偏置電流。反相輸入偏置電流通常將比較大，如果偏置電流必須流過大阻值的電阻的話，這樣做可能導(dǎo)致輸入電壓的偏移。在電流反饋器件上的偏移電壓可以被匹配并使之相當(dāng)小，但從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，它們不可能完全為零。所以，雖然典型的電流反饋放大器的偏置電壓可以被設(shè)計(jì)得非常好，但是它將隨著正常的工藝批號(hào)及溫度而變化比較大。如果需要非常高精度的輸入偏置電壓，那么電壓反饋放大器通常是比較好的選擇。 電流反饋放大器的緩沖器配置需要一個(gè)反饋電阻，而電壓反饋放大器可以采取直接短路連接。這樣做