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          高速應(yīng)用中電流反饋運放電路

          作者: 時間:2012-07-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          放大器不受基本增益帶寬積的限制,隨著信號幅度的增加,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,放大器在很寬的增益范圍上維持其大部分帶寬不變。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/186119.htm

          正因為如此,準(zhǔn)確地說,運放沒有增益帶寬積的限制。當(dāng)然,電流反饋運放也不是無限快,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?電流反饋運放具有一個與差分對相對的輸入緩沖器,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),這由稱為互阻抗(transimpedance)的復(fù)雜函數(shù)Z(s)來表示(圖1)。在直流時,互阻抗是一個非常大的數(shù),并且像電壓反饋運放一樣,它隨著頻率的增加具有單極點滾降特性。

          電流反饋運放靈活性的關(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。因為反饋電阻的數(shù)值實際上改變放大器的交流環(huán)路的動態(tài)特性,所以能夠影響帶寬和穩(wěn)定性兩個方面。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(nèi)大部分都維持不變。而因為具有固有的線性度,你也可以在高頻大信號時獲得較低的失真。

          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每一個特定的應(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,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。減小該電阻到遠遠低于這個147Ω,會導(dǎo)致你的脈沖響應(yīng)出現(xiàn)振鈴,如果再進一步減小該電阻,實際上就會發(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,如果一個應(yīng)用僅僅需要50~60MHz的帶寬,在該頻段內(nèi)的任何信號都會對噪聲有所貢獻,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,該圖說明了對給定正相增益的推薦反饋電阻。正如預(yù)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(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,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。


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