電流反饋運算放大器介紹及RF 反饋電阻)的作用

2021-07-24 08:59:54 字數 3248 閱讀 3740

電流反饋的結構與電壓反饋大不相同。電流反饋非常適合用於高速訊號,因為它沒有基礎增益頻寬積的限制,同時也由於其固有的線性度。電流反饋運算放大器的頻寬略微受到增益的約束,但不像電壓反饋器件那麼嚴重。再者,壓擺率並非受到內部偏置電流的限制,而是受到電晶體自身速度的限制。這樣在給定偏置電流的條件下可以使用更快的壓擺率,而不必採用正反饋或其它壓擺率提公升技術。

電流反饋運算放大器有乙個輸入緩衝器,而不是乙個差分線對。輸入緩衝器一般是乙個射極跟隨器或其它類似的東西。非反相輸入的阻抗很高,而緩衝器的輸出(作為放大器的反相輸入)則是低阻抗。相比之下,電壓反饋放大器的兩個輸入端都為高阻抗。

電流反饋運算放大器的輸出是電壓,並且它與流出或流入運算放大器反相輸入端的電流有關,兩者的關係滿足乙個複雜的函式,名為互阻抗 z(s)。直流下的互阻抗值很大,並且與電壓反饋運算放大器相似,會隨頻率的增加而單極滾降

圖 1 - z(s) 與反饋電 阻 rf.

電流反饋運算放大器有可調頻寬和可調整的穩定度。反饋電阻設定了閉環動態範圍,並且會同時影響頻寬和穩定度。電流反饋的乙個最大優點就是有很好的大訊號頻寬。基於反饋電阻的應用,有很高的壓擺率和可調頻寬,使器件的大訊號頻寬非常接近於小訊號頻寬。並且,由於固有的線性度,高頻大訊號時也可以獲得低的失真。

為什麼 rf 值如此重要?

反饋電阻的閉環特性使我們能夠避免固定增益頻寬的限制。這可以通過降低反饋電阻的值來實現,這樣可以在提高增益的同時保持迴路高增益

圖 2 - rf 對頻率響應的作用

圖 3 出自同一器件的資料表。圖中顯示的是建議用於給定非反相增益的反饋電阻值。從圖中可以看到,當增益為 1 時,需要 1kω 的反饋電阻才能得到最佳效能。這是因為迴路增益非常高,因此需要用一支較大的電阻進行中和。這是與電壓反饋結構的主要差異。電流反饋放大器不能用於輸出端對反相輸入端短路的結構。

資料表中最常用的電阻是針對增益為 2 的情況。但是,從圖 2 可以看到,最終採用的實際 電阻值有相當的靈活性。資料表建議值只是可選範圍的中間值。再回來看圖 3。在增益為 4 時,rf 降低至 150 ω。增益設定電阻現在只有 50 ω,因此,我們現在的狀況`是:輸 入緩衝電阻值與增益設定電阻值基本相同。這樣會降低運算放大器的閉環互阻,並且在增益增大時開始限制頻寬。在增益為 7 時,我們仍使用 300 ω 反饋電阻。在這個增益下,我們不指望能得到電流反饋部件提供的頻寬,並且,當增益高至 7 以上時,頻寬隨之下降,這非常像乙個電壓反饋的特點。另外還應注意,虛線部分表示的是:根據反相輸入電阻或者放大器的穩定度,應該用於某款運算放大器的最低反饋電阻值。兩種因素之一限制了可用反饋電阻的數量。

電路板布局

電流反饋運算放大器要仔細考慮的乙個問題就是電路板布局,這也普遍適用於所有高速電路。電源旁路電容的布放需要非常靠近器件,一般要小於 3mm。電容需要兩種,一種是較大的電解電容,它們可以稍微離器件遠些;另一種是小型的瓷片旁路電容,它要緊緊挨著相關器件。小型瓷片旁路電容為極高速瞬變提供能量,並且完成器件旁的電源去耦任務。這些電容中的任何電感負載都會降低其作用效果。大家可能都知道要使用盡量大面積的電源、地層,從而為地電流和電源電流提供低阻抗路徑。但是,還要注意去掉輸入/輸出引腳附近的電源、地層,這樣可以減少這些引腳的寄生電容。

反相輸入引腳與反饋電阻對交流地的容抗要盡可能地小。另外,任何運算放大器的輸入端也要有最小的容抗。 盡量使用表面貼裝元器件。因為它們的寄生電容最低。走線要短,如不能則可使用可控阻抗,則要在輸入/輸出引腳作傳輸線的雙端終結

圖 4 – 寄生電容,1pf 反相入,1pf 出

圖 4 顯示的只是少量寄生輸入、輸出電容對乙個電流反饋運算放大器的作用。綠線是理想曲線。紅線是由寄生電容而得到的尖峰頻率響應。圖 4 中反相輸入端的寄生電容為 1pf,輸出端也是 1pf。可以用增加反饋電阻的辦法,抵消這少量的寄生負載。這也是電流反饋運算放大器的另乙個優點。但是,如果電路板布局太差,即使採用了很大的反饋電阻,也會出現尖峰甚至產生振盪。

驅動容性負載

圖 5 – 絕緣電阻與容性負載

這是運算放大器中常用的一種技術,可以應用於電壓反饋和電流反饋兩種情況,用於將容性負載(特別是非常小的阻性負載)與電容輸出隔離開來,例如驅動乙個高速模數轉換器。在運算放大器和容性負載間加乙個 riso 電阻。圖中曲線顯示了根據電容大小而建議使用的 riso 值。圖中是基於一支 1kω 的阻性負載。如果 rl 較小,則 riso 的值也可以較小。另一種方法是將 riso 放在反饋迴路內(圖中未顯示)。除了圖中將 rf 置於 riso 和放大器之間的方法以外,還可以將 rf 連線到隔離電阻的輸出端。這樣保持了增益的準確性,但會喪失隔離電阻上的部分電壓擺幅。

降低系統雜訊

當用電流反饋運算放大器建立乙個系統時,要進行設計規劃,使輸出雜訊為最低。這在建立乙個中放或低頻射頻放大器時尤其重要。如前所述,其中一項工作是要保證有低的頻響尖峰。用推薦的反饋電阻值就可以做到這一點,有時還可以根據需要提高反饋電阻值。另一件要注意的事是交流耦合。同樣,可以採用乙個只允許所需頻率通過的濾波器,將有用頻寬以外的所有雜訊切掉。最大增益電路塊要盡量放在前面。增益越靠前,則對後面訊號造成影響的雜訊就越少。另外,也要把雜訊最低的增益元件放在電路最前面。一般來說,應從低雜訊放大器(如砷化鎵元件)或極低雜訊的分立元件獲得增益。盡量避免採用大阻值源電阻。因為電阻增加的熱雜訊與電阻值成正比。

電流反饋的注意事項

如果你正在尋找一款可與電壓反饋相比的電流反饋放大器,務請牢記下列注意事項:

在電流反饋時,輸入偏移電流不會抵消。它不是乙個對稱電路,因此兩個電流間不存在固有的平衡。一般情況下,有較高輸入阻抗的非反相輸入端的輸入偏置電流較小,而作為射極跟隨器輸出的反相輸入端偏置電流較大。

一款電流反饋器件上的失調電壓可以進行匹配,使之變得很小,但不會為零。這不是一種自然的平衡,因此,一款電流反饋運算放大器的偏移電壓指標不會好到與電壓反饋設計一樣的水平。

緩衝結構需要乙個反饋電阻。即使在緩衝結構中有現成的電壓反饋放大器電路布局,也不能直接拿來就用,而需要對電流反饋部分作改動。

最後,反饋迴路中的電容會造成不穩定。較高頻率的任何元件都會降低反饋至反相輸入端網路的阻抗,隨著反饋阻抗值的下降,會造成頻響的尖峰。

總結

運算放大器

運算放大器的效能指標有輸入阻抗,輸出阻抗,電壓增益,增益頻寬積,壓擺率。其中,增益頻寬積 gbwp,gbw,gbp或gb 是放大器頻寬和頻寬的增益的乘積,是衡量放大器效能的乙個引數,在頻率足夠大時,增益頻寬積是乙個常數 壓擺率為運算放大器輸出電壓的轉換速率,單位有通常有v s,v ms和v s三種,...

運算放大器

運算放大器 簡稱 運放 是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中,通常結合反饋網路共同組成某種功能模組。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出訊號可以是輸入訊號加 減或微分 積分等數 算的結果。由於早期應用於模擬計算機中,用以實現數 算,故得名 運算放大器 運放是乙個從功能的角度命名的電路...

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