电流反馈运放电路设计

精品文档 1欢迎下载 电流反馈运放电路设计电流反馈运放电路设计 电流反馈放大器不受基本增益带宽积的限制 随着信号幅度的增加 带宽的损失非常小 因为可以在最小 失真的条件下对大信号进行调节 这些放大器在非常高的频率下通常都具有优异的线性度 而电压反馈放 大器的带宽随着增益的增加降低 电流反馈放大器在很宽的增益范围上维持其大部分带宽不变 正因为如此 准确地说 电流反馈运放没有增益带宽积的限制 当然 电流反馈运放也不是无限快 其压 摆率 Slew Rate 不受内部偏置电流的限制 但受三极管本身的速度限制 对给定的偏置电流 这就容许 不用通常可能影响稳定性的正反馈或其方法来获得较大的压摆率 那么如何构建这些电路呢 电流反馈运放具有一个与差分对相对的输入缓冲器 该输入缓冲器大多数情况 下常常是射极跟随器或其它非常类似的电路 正相输入端具有高阻抗 而缓冲器的输出 即放大器的反相 输入具有低阻抗 相比之下 电压反馈放大器的输入都是高阻 电流反馈运放的输出是电压 并且它与流出或流入运放的反相输入端的电流有关 这由称为互阻抗 transimpedance 的复杂函数 Z s 来表示 图 1 在直流时 互阻抗是一个非常大的数 并且像电压反馈 运放一样 它随着频率的增加具有单极点滚降特性 电流反馈运放灵活性的关键之一是具有可调节的带宽和可调节的稳定性 因为反馈电阻的数值实际上改变 放大器的交流环路的动态特性 所以能够影响带宽和稳定性两个方面 加之具有非常高的压摆率和基于反 馈电阻的可调节带宽 你可以获得与器件的小信号带宽非常接近的大信号带宽 在甚至更好的情况下 该 带宽在很宽的增益范围内大部分都维持不变 而因为具有固有的线性度 你也可以在高频大信号时获得较 低的失真 如何发现最佳的反馈电阻如何发现最佳的反馈电阻 R RF F 由于放大器的交流特性部分地取决于反馈电阻 这就让我们能够针对每一个特定的应用 量身定制 放大器 降低反馈电阻的数值将提升环路增益 为了保持稳定性和最大的带宽 在低增益时 反馈电阻要设置为较 高的数值 随着增益的上升 环路增益自然降低 如果需要高的增益 可以利用较小的反馈电阻来部分地 恢复环路增益 图 1 具有 Z s 和反馈电阻的电路示意图 精品文档 2欢迎下载 图 2 能够体现 LMH6714 特色的不同 RF条件下的频率响应 在图 2 中你可以看到随着你改变反馈电阻带宽所发生的变化 在右手曲线的远处 反馈电阻 RF等于 147 你可以看到频率响应具有相当大的峰值 该曲线也具有最高的带宽 减小该电阻到远远低于这个 147 会导致你的脉冲响应出现振铃 如果再进一步减小该电阻 实际上就会发生振荡 RF等于 300 的 曲线具有优异的平坦度和增益 并仍然具有与峰值频率响应可比的良好带宽 所以 我们不必牺牲太多的带宽就已经获得了很高的稳定性 利用 600 的反馈电阻 你就能调节回你的 频率响应 例如 如果一个应用仅仅需要 50 60MHz 的带宽 在该频段内的任何信号都会对噪声有所贡献 你可以利用反馈电阻来调节你的器件的频率响应 在如此有限的带宽内 利用如此高速的放大器的原因在 于它提供优异的信号保真度 图 3 来自相同器件的数据表 该图说明了对给定正相增益的推荐反馈电阻 正如预期的那样 对增益为 2 的放大器推荐采用 300 的电阻 精品文档 3欢迎下载 它具有最佳的增益平坦度 建立时间和速度的组合 此外 从该图中可 图 4 利用串联输出电阻实现对容性负载的隔离 如图 4 所示 通过引入一个电阻 ROUT 放大器几乎可以驱动任何大小的电容而没有稳定性问题 这是电 压和电流两种反馈放大器常用的技术 当驱动高速模 数转换器时 该技术特别有用 ROUT电阻被放置在 精品文档 4欢迎下载 运放和容性负载 即 ADC 之间 只要电路板空间允许 要把电阻靠近放大器放置 图 5 LMH6738 推荐的 ROUT与容性负载的对比 在图 5 中 图表上的曲线显示了根据电容大小建议的 ROUT电阻数值 该图表是根据 1k 的阻性负载绘制 的 如果 RL 的数值较小 ROUT也可以更小 另一个选项是把 ROUT放在反馈环之内 图中没有标出 你可以 把 RF连接到隔离电阻的输出侧 而不是图中 ROUT和放大器之间用 RF连接 这样做将保持增益的精度 但 精品文档 5欢迎下载 是跟在其它例子中一样 你将仍然在隔离电阻上损失相同大小的电压摆幅 尽管该技术确实有其缺陷 但 应该这样实现 因为电阻和电容形成一种低通滤波器 对于这种电路的应用 存在某种带宽的损失 实际应用表明 无论 电阻阻值多大 电容越大就越难驱动 并降低带宽 降低系统噪声降低系统噪声 如果你正在构建一种 IF 放大器或低频 RF放大器 那么把噪声最小化就特别重要 利用电流反馈放大器 增加反馈电阻常常能减小系统的噪声 这是因为频率响应衰减得比电阻噪声的上升要快 为了减小跟随放大器电路的那部分噪声 非常重要的一点是仅仅采用必需的带宽 而不要选用超过应用需 求的带宽 除了采用反馈电阻的最佳数值之外 你可以给电路添加附加的滤波电路 利用 Sallen Key 滤波器拓扑 滤波器常常可以被恰当地合并到放大器的反馈网络中 如果可能的话 交 流耦合将有助于消除低频噪声 那常常就是所谓的 1 f 噪声 目标是滤除在你的放大带宽之外的所有噪声 从系统的层面考虑 要求在电路中尽早布置最低噪声和最高增益的模块 你提高增益越早 其后噪声对你 的信号的影响就越小 如果可能的话 要避免大的信号源电阻 电阻增加的热噪声与电阻值成正比 电压反馈放大器的优势电压反馈放大器的优势 如果比较电流反馈和电压反馈两种放大器 你会发现电压反馈放大器在某些方面可能具有一定优势 利用 电流反馈拓扑 输入偏置电流并没有系统地匹配 正相输入比反相输入阻抗更大 通常具有更低的输入偏 置电流 反相输入偏置电流通常将比较大 如果偏置电流必须流过大阻值的电阻的话 这样做可能导致输 入电压的偏移 在电流反馈器件上的偏移电压可以被匹配并使之相当小 但从系统的观点看 它们不可能完全为零 所以 虽然典型的电流反馈放大器的偏置电压可以被设计得非常好 但是它将随着正常的工艺批号及温度而变化 比较大 如果需要非常高精度的输入 精品文档 6欢迎下载 偏置电压 那么电压反馈放大器通常是比较好的选择 电流反馈放大器的缓冲器配置需要一个反馈电阻 而电压反馈放大器可以采取直接短路连接 这样做通常 没有问题 除非在设计中取代现有的电压反馈放大器 最后 在电流反馈放大器的反馈环路中 电容会引 起不稳定性 一些常用的电路拓扑不适合于电流反馈放大器