高速應用中電流反饋運放電路

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，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。

正因為如此，準確地說，電流反饋運放沒有增益帶寬積的限制。當然，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，這由稱為互阻抗(transimpedance)的復雜函數(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

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具有相當大的峰值。該曲線也具有最高的帶寬。減小該電阻到遠遠低于這個147Ω，會導致你的脈沖響應出現(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。例如，如果一個應用僅僅需要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。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。