高速應用中電流反饋運放電路

電流反饋放大器不受基本增益帶寬積的限制，隨著(zhù)信號幅度的增加，帶寬的損失非常小。因為可以在最小失真的條件下對大信號進(jìn)行調節，這些放大器在非常高的頻率下通常都具有優(yōu)異的線(xiàn)性度。而電壓反饋放大器的帶寬隨著(zhù)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。

正因為如此，準確地說(shuō)，電流反饋運放沒(méi)有增益帶寬積的限制。當然，電流反饋運放也不是無(wú)限快，其壓擺率(Slew Rate)不受內部偏置電流的限制，但受三極管本身的速度限制。對給定的偏置電流，這就容許不用通?？赡苡绊懛€定性的正反饋或其方法來(lái)獲得較大的壓擺率。

那么如何構建這些電路呢?電流反饋運放具有一個(gè)與差分對相對的輸入緩沖器，該輸入緩沖器大多數情況下常常是射極跟隨器或其它非常類(lèi)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。

電流反饋運放的輸出是電壓，并且它與流出或流入運放的反相輸入端的電流有關(guān)，這由稱(chēng)為互阻抗(transimpedance)的復雜函數Z(s)來(lái)表示(圖1)。在直流時(shí)，互阻抗是一個(gè)非常大的數，并且像電壓反饋運放一樣，它隨著(zhù)頻率的增加具有單極點(diǎn)滾降特性。

電流反饋運放靈活性的關(guān)鍵之一是具有可調節的帶寬和可調節的穩定性。因為反饋電阻的數值實(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定性?xún)蓚€(gè)方面。加之具有非常高的壓擺率和基于反饋電阻的可調節帶寬，你可以獲得與器件的小信號帶寬非常接近的大信號帶寬。在甚至更好的情況下，該帶寬在很寬的增益范圍內大部分都維持不變。而因為具有固有的線(xiàn)性度，你也可以在高頻大信號時(shí)獲得較低的失真。

如何發(fā)現最佳的反饋電阻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每一個(gè)特定的應用“量身定制”放大器。降低反饋電阻的數值將提升環(huán)路增益。為了保持穩定性和最大的帶寬，在低增益時(shí)，反饋電阻要設置為較高的數值;隨著(zhù)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(lái)部分地恢復環(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LMH6714特色的不同RF條件下的頻率響應

在圖2中你可以看到隨著(zhù)你改變反饋電阻帶寬所發(fā)生的變化。在右手曲線(xiàn)的遠處，反饋電阻RF等于147Ω，你可以看到頻率響應具有相當大的峰值。該曲線(xiàn)也具有最高的帶寬。減小該電阻到遠遠低于這個(gè)147Ω，會(huì )導致你的脈沖響應出現振鈴，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300Ω的曲線(xiàn)具有優(yōu)異的平坦度和增益，并仍然具有與峰值頻率響應可比的良好帶寬。

所以，我們不必犧牲太多的帶寬就已經(jīng)獲得了很高的穩定性。利用600Ω的反饋電阻，你就能調節回你的頻率響應。例如，如果一個(gè)應用僅僅需要50~60MHz的帶寬，在該頻段內的任何信號都會(huì )對噪聲有所貢獻，你可以利用反饋電阻來(lái)調節你的器件的頻率響應。在如此有限的帶寬內，利用如此高速的放大器的原因在于它提供優(yōu)異的信號保真度。

圖3：建議反饋電阻與正相增益的關(guān)系

圖3來(lái)自相同器件的數據表，該圖說(shuō)明了對給定正相增益的推薦反饋電阻。正如預期的那樣，對增益為2的放大器推薦采用300Ω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，從該圖中可以看到，對增益為1的放大器需要采用600Ω的反饋電阻來(lái)獲得最優(yōu)化的性能。這是因為環(huán)路增益非常高，較大的電阻值對于穩定性是必需的。這就是與電壓反饋架構的主要差異。電流反饋放大器在使用時(shí)不能把輸出與反相輸入短路連接。

數據表上指定的最常用的電阻是針對增益為2的放大器。然而，你可以從圖2中看到，你最終使用的實(shí)際數值有很大的靈活性，在數據表中所推薦的數值是在性能表和曲線(xiàn)中公布的規范所使用的數值。

如圖3所示，對于增益為5的放大器，RF下降到200Ω。該增益設置電阻現在僅僅是50Ω，所以我們獲得的輸入緩沖電阻和增益設置電阻的值相近。這就降低了運放的閉環(huán)互阻抗，并將隨著(zhù)增益的提高而開(kāi)始限制帶寬。在增益為8時(shí)，我們要把反饋電阻提高到275Ω。對于更高的增益，一旦不能降低反饋電阻來(lái)提高增益，帶寬將受到損失，而且放大器開(kāi)始呈現電壓反饋放大器的特性。