問。我不確定我理解電流反饋放大器與常規(guī)運(yùn)算放大器相比如何工作。我聽說無論增益如何，它們的帶寬都是恒定的。這是如何運(yùn)作的？它們是否與跨阻抗放大器相同？

A。在查看任何電路之前，我們先定義電壓反饋，電流反饋和跨阻抗放大器。顧名思義，電壓反饋是指閉環(huán)配置，其中誤差信號(hào)是電壓形式。傳統(tǒng)運(yùn)算放大器使用電壓反饋，即它們的輸入將響應(yīng)電壓變化并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓。 電流反饋是指任何閉環(huán)配置，其中用于反饋的誤差信號(hào)是電流形式。電流反饋運(yùn)算放大器響應(yīng)其輸入端之一的誤差電流而不是誤差電壓，并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓。請(qǐng)注意，兩個(gè)開環(huán)架構(gòu)都實(shí)現(xiàn)了相同的閉環(huán)結(jié)果：零差分輸入電壓和零輸入電流。理想的電壓反饋放大器具有高阻抗輸入，從而產(chǎn)生零輸入電流，并使用電壓反饋來維持零輸入電壓。相反，電流反饋運(yùn)算放大器具有低阻抗輸入，導(dǎo)致零輸入電壓，并使用電流反饋來維持零輸入電流。

跨阻抗放大器的傳遞函數(shù)表示為相對(duì)于電流輸入的電壓輸出。正如函數(shù)所暗示的那樣，開環(huán)“增益”，v O / i IN ，以歐姆表示。因此，電流反饋運(yùn)算放大器可稱為跨阻抗 放大器。值得注意的是，電壓反饋運(yùn)算放大器電路的閉環(huán)關(guān)系也可以通過用電流驅(qū)動(dòng)其動(dòng)態(tài)低阻抗求和節(jié)點(diǎn)（例如，來自光電二極管）來配置為跨阻抗），從而產(chǎn)生等于輸入電流乘以反饋電阻的電壓輸出。更有趣的是，由于理想情況下任何運(yùn)算放大器應(yīng)用都可以通過電壓或電流反饋實(shí)現(xiàn)，因此可以使用電流反饋運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)相同的I-V轉(zhuǎn)換器。當(dāng)使用術(shù)語跨阻抗放大器時(shí)，要了解特定電流反饋運(yùn)算放大器架構(gòu)與任何像跨阻抗一樣的閉環(huán)IV轉(zhuǎn)換器電路之間的區(qū)別。

讓我們來看看看一下電壓反饋放大器的簡化模型。同相增益配置通過開環(huán)增益 A（s）和饋電放大差分電壓（V IN + - V IN - ）輸出的一部分通過分壓器返回到反相輸入，該分壓器由 R F 和 R G 組成。為了得到該電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)， V o / V IN + ，假設(shè)沒有電流流入運(yùn)算放大器（無限大）輸入阻抗）;兩個(gè)輸入將處于大約相同的電位（負(fù)反饋和高開環(huán)增益））。

使用

和

替換并簡化以獲?。?/p>

已關(guān)閉-loop帶寬是環(huán)路增益LG的幅度下降到單位（0 dB）的頻率。術(shù)語1 + R F / R G 稱為電路的噪聲增益;對(duì)于同相情況，它也是信號(hào)增益。在圖形上，閉環(huán)帶寬位于開環(huán)增益 A（s）與Bodé圖中噪聲增益NG的交點(diǎn)處。高噪聲增益將降低環(huán)路增益，從而降低閉環(huán)帶寬。如果 A（s）以20 dB /十倍頻率滾降，則放大器的增益帶寬積將保持不變。因此，閉環(huán)增益增加20 dB將使閉環(huán)帶寬減少十年。

現(xiàn)在考慮電流反饋放大器的簡化模型。同相輸入是單位增益緩沖器的高阻抗輸入，反相輸入是其低阻抗輸出端子。緩沖器允許誤差電流流入或流出反相輸入，單位增益迫使反相輸入跟蹤同相輸入。誤差電流鏡像到高阻抗節(jié)點(diǎn)，在此節(jié)點(diǎn)將其轉(zhuǎn)換為電壓并在輸出端進(jìn)行緩沖。高阻抗節(jié)點(diǎn)是與頻率相關(guān)的阻抗， Z（s），類似于電壓反饋放大器的開環(huán)增益;它具有高直流值并以20 dB /十倍頻率下降。

通過對(duì)V IN 節(jié)點(diǎn)處的電流求和，找到閉環(huán)傳遞函數(shù)，而緩沖器保持V IN + = V IN 。如果我們暫時(shí)假設(shè)緩沖器具有零輸出電阻，則R o = 0

替換并求解V o < / sub> / V IN +

電流反饋放大器的閉環(huán)傳遞函數(shù)與電壓反饋放大器相同，但環(huán)路增益（ 1 / LG）表達(dá)現(xiàn)在僅取決于R F ，反饋跨阻 - 而不是（1 + R F / R G ）。因此，電流反饋放大器的閉環(huán)帶寬將隨RF的值而變化，但不隨噪聲增益而變化，1 + R F / R G 。 R F 和 Z（s）的交點(diǎn)確定環(huán)路增益，從而確定電路的閉環(huán)帶寬（參見Bodé圖）。顯然，增益帶寬積不是恒定的 - 這是電流反饋的優(yōu)勢(shì)。

實(shí)際上，輸入緩沖器的非理想輸出電阻通常約為20到40歐姆，這將改變反饋互阻。兩個(gè)輸入電壓不會(huì)完全相等。用 V IN = V IN + 代替前面的等式 - I err R o < / em>，求解 V o / V IN + yield：

反饋互阻的附加項(xiàng)意味著環(huán)路增益實(shí)際上在某種程度上取決于電路的閉環(huán)增益。在低增益時(shí)，R F 占主導(dǎo)地位，但在較高增益時(shí)，第二項(xiàng)將增加并減小環(huán)路增益，從而降低閉環(huán)帶寬。

應(yīng)該很清楚在R G 打開時(shí)（如在電壓跟隨器中）將輸出短路回到反相輸入將強(qiáng)制環(huán)路增益變得非常大。使用電壓反饋放大器時(shí)，在反饋整個(gè)輸出電壓時(shí)會(huì)發(fā)生最大反饋，但電流反饋的限制是短路電流。電阻越低，電流越高。在圖形上，R F = 0將在高階極點(diǎn)區(qū)域給出 Z（s）和反饋跨阻抗的更高頻率交點(diǎn)。與電壓反饋放大器一樣， Z（s）的高階極點(diǎn)將在更高頻率下引起更大的相移，導(dǎo)致相移> 180度時(shí)的不穩(wěn)定性。由于R F 的最佳值將隨閉環(huán)增益而變化，因此波特圖可用于確定各種增益的帶寬和相位裕度?？梢砸暂^低的相位裕度為代價(jià)獲得較高的閉環(huán)帶寬，從而導(dǎo)致頻域中的峰值，以及時(shí)域中的過沖和振鈴。電流反饋器件數(shù)據(jù)手冊(cè)將列出各種增益設(shè)置的R F 的特定最佳值。

電流反饋放大器具有出色的擺率功能。雖然可以設(shè)計(jì)具有高壓擺率的電壓反饋放大器，但電流反饋架構(gòu)固有地更快。輕負(fù)載的傳統(tǒng)電壓反饋放大器的壓擺率受限于可用于對(duì)內(nèi)部補(bǔ)償電容進(jìn)行充電和放電的電流。當(dāng)輸入經(jīng)受大瞬態(tài)時(shí)，輸入級(jí)將飽和，并且只有其尾電流可用于對(duì)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)充電或放電。通過電流反饋放大器，低阻抗輸入允許更高的瞬態(tài)電流根據(jù)需要流入放大器。內(nèi)部電流鏡將此輸入電流傳送到補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)，從理論上講，允許快速充電和放電，與輸入步長成比例。更快的壓擺率將導(dǎo)致更快的上升時(shí)間，更低的壓擺引起的失真和非線性，以及更寬的大信號(hào)頻率響應(yīng)。實(shí)際壓擺率將受到電流鏡飽和的限制，可能出現(xiàn)在10到15 mA之間，以及輸入和輸出緩沖器的壓擺率限制。

問。直流精度怎么樣？

A.電流反饋放大器的直流增益精度可以通過其傳遞函數(shù)計(jì)算，就像電壓反饋放大器一樣;它本質(zhì)上是內(nèi)部跨阻抗與反饋跨阻抗的比率。使用1兆歐的典型跨阻，1k歐姆的反饋電阻和40歐姆的R o ，單位增益的增益誤差約為0.1％。在更高的收益，它會(huì)顯著降低。電流反饋放大器很少用于高增益，特別是在需要絕對(duì)增益精度時(shí)。

然而，對(duì)于許多應(yīng)用，建立特性比增益精度更重要。雖然電流反饋放大器具有非?？斓纳仙龝r(shí)間，但由于熱沉降尾部，許多數(shù)據(jù)表僅顯示0.1％的建立時(shí)間 - 這是導(dǎo)致建立精度不足的主要原因?？紤]上面的互補(bǔ)輸入緩沖器，其中V IN 端子從V IN + 端子偏移Q1和之間的V BE 的差值。 Q3。當(dāng)輸入為零時(shí)，應(yīng)匹配兩個(gè)V BEs ，并且從V IN + 到V IN 的偏移量將很小。應(yīng)用于V IN + 的正階躍輸入將導(dǎo)致Q3的V CE 減小，從而降低其功耗，從而增加其V BE 。二極管連接的Q1沒有表現(xiàn)出V CE 變化，因此其V BE 不會(huì)改變?，F(xiàn)在兩個(gè)輸入之間存在不同的偏移，降低了精度。在電流鏡中可能會(huì)出現(xiàn)相同的效果，其中高阻抗節(jié)點(diǎn)的階躍變化會(huì)改變V CE ，從而改變Q6的V BE ，但不會(huì)Q5。 V BE 的變化導(dǎo)致當(dāng)前錯(cuò)誤返回 V IN - ，乘以R F - 會(huì)導(dǎo)致輸出偏移誤差。每個(gè)晶體管的功耗發(fā)生在太小而不能實(shí)現(xiàn)器件之間的熱耦合的區(qū)域中。在反相配置中使用放大器的應(yīng)用中，可以減少輸入級(jí)的熱誤差，從而消除共模輸入電壓。

問。在什么條件下熱尾有問題？

A。這取決于涉及的頻率和波形。熱尾不會(huì)瞬間發(fā)生;晶體管的熱系數(shù)（取決于工藝）將決定溫度變化發(fā)生的時(shí)間并改變參數(shù)，然后恢復(fù)。例如，在ADI公司的高速互補(bǔ)雙極（CB）工藝上制造的放大器，對(duì)于幾kHz以上的輸入頻率，不會(huì)出現(xiàn)明顯的熱尾，因?yàn)檩斎胄盘?hào)變化太快。通信系統(tǒng)通常更關(guān)注頻譜性能，因此熱尾部可能引入的額外增益誤差并不重要。當(dāng)直流電平變化時(shí)，熱尾部會(huì)對(duì)步進(jìn)波形（例如成像應(yīng)用中的步進(jìn)波形）產(chǎn)生不利影響。對(duì)于這些應(yīng)用，電流反饋放大器可能無法提供足夠的建立精度。

第II部分將考慮使用電流反饋放大器的常見應(yīng)用電路，并更詳細(xì)地查看其操作。 < / p>