电流反馈型运放设计要点总结

news2024/10/6 18:21:04

前言

基本架构

CFB和VFB运算放大器的差异

总结：电流反馈(CFB)与电压反馈(VFB)

前言

最近一个项目用到THS3491，发生了震荡，这是一个电流型反馈运放，借此机会，温故一下，电流运放的相关设计知识

基本架构

下图为基本电流反馈放大器拓扑结构。注意，该模型采用一个单位增益缓冲器将同相输入连接至反相输入。理想状态下，该缓冲器的输出阻抗为零(RO = 0)，误差信号为流入反相输入的小电流i。误差电流i镜像到高阻抗T(s)，T(s)上产生的电压等于T(s)·i。(T(s)的大小通常称为开环跨导增益。

接着，该电压经过缓冲，连接至运算放大器输出。如果假设RO为零，就很容易得出以 R1-R2反馈网络和开环跨导增益T(s)表示闭环增益VOUT /VIN 的相关表达式。RO 为有限值时，也可以得出该公式。

此时应当注意，电流反馈运算放大器通常称为跨导运算放大器，因为开环传递函数实际上是一个阻抗，如上文所述。但是，很多常见的电路往往也使用跨导放大器这一术语，比如电流-电压(I/V)转换器，而CFB或VFB运算放大器都可用于I/V转换器。因此，在特定应用中遇到术语跨导时应加以注意。而术语电流反馈运算放大器则很少会混淆，因此，提到运算放大器拓扑结构时，最好选用这个术语。

这个简单模型中可以得出CFB运算放大器的几个重要特性。

与VFB运算放大器不同，CFB运算放大器没有平衡输入。相反，其同相输入端为高阻抗，反相输入端为低阻抗。

CFB运算放大器的开环增益用Ω为单位来衡量(跨导增益)，而不是VFB运算放大器所用的 V/V。

反馈电阻R2为固定值时，CFB的闭环增益可通过改变R1而发生变化，不会对闭环带宽产生重大影响。通过检查图3中的简化公式就可以发现这一点。分母决定整体频率响应，如果R2不变，则可以改变分子中的R1(从而改变增益)，不影响分母，这样带宽就会保持相对稳定。CFB拓扑结构主要用于对高速和低失真有极高要求的场合。其基本原理基于这样一个事实：在双极型晶体管电路中，在所有其它条件相同的情况下，电流的切换速度快于电压。

CFB和VFB运算放大器的差异

CFB和VFB放大器的一个主要差异就是CFB放大器没有恒定的增益带宽产品。CFB运算放大器的带宽随增益变化很小，远小于在VFB运算放大器中看到的6 dB/倍频程，如图4所示。如前所述，CFB运算放大器的带宽与反馈电阻成比例。每个CFB运算放大器都有最大带宽时的推荐反馈电阻值。如果电阻值增加后超过该推荐值，就要减小带宽。

如果采用阻值低于推荐值的电阻，相位裕量就会减小，放大器可能会变得不稳定。

控制CFB运算放大器应用中的增益时，需要为器件选择正确的反馈电阻(R2)，然后选择底部电阻(R1)，以产生所需的闭环增益。R2和R1的增益关系与VFB运算放大器中的关系是相同的。

CFB放大器的反馈环路中也不应该有电容。如果反馈环路中采用电容，就会减小高频净反馈阻抗，导致运算放大器发生振荡。反相输入上的杂散电容会产生类似的效应，应去除反相端四周的接地层，尽量减小杂散电容。

使用电流反馈运算放大器时常见的错误是把反相输入直接连接到输出，试图构建单位增益电压跟随器(缓冲)。该电路会产生振荡，因为等效反馈电阻值为零。只要采用推荐的反馈电阻值,将反相输入连接至输出，就可以稳定跟随器电路。 VFB和CFB放大器的另一个差异,就是CFB放大器的反相输入阻抗较低(通常为50 Ω至100 Ω)，而同相输入阻抗则较高(通常为几百kΩ)。因此，CFB放大器的输入不平衡，而VFB放大器的输入平衡。