高速應(yīng)用中電流反饋運(yùn)放電路

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)槿绱耍瑴?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)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)LMH6714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147Ω，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)147Ω，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300Ω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600Ω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50~60MHz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)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：建議反饋電阻與正相增益的關(guān)系

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(duì)增益為1的放大器需要采用600Ω的反饋電阻來獲得最優(yōu)化的性能。這是因?yàn)榄h(huán)路增益非常高，較大的電阻值對(duì)于穩(wěn)定性是必需的。這就是與電壓反饋架構(gòu)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(shù)據(jù)表上指定的最常用的電阻是針對(duì)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(shù)值有很大的靈活性，在數(shù)據(jù)表中所推薦的數(shù)值是在性能表和曲線中公布的規(guī)范所使用的數(shù)值。

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