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節，這些放大器在非常高的頻率下通常都具有優異的線性度。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，這就容許不用通常可能影響穩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Z(s)來表示(圖1)。在直流時，互阻抗是一個非常大的數，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節的帶寬和可調節的穩定性。因為反饋電阻的數值實際上改變放大器的交流環路的動態特性，所以能夠影響帶寬和穩定性兩個方面。加之具有非常高的壓擺率和基于反饋電阻的可調節帶寬，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。

如何發現最佳的反饋電阻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。降低反饋電阻的數值將提升環路增益。為了保持穩定性和最大的帶寬，在低增益時，反饋電阻要設置為較高的數值;隨著增益的上升，環路增益自然降低。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振鈴，如果再進一步減小該電阻，實際上就會發生振蕩。RF等于300Ω的曲線具有優異的平坦度和增益，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獲得了很高的穩定性。利用600Ω的反饋電阻，你就能調節回你的頻率響應。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節你的器件的頻率響應。在如此有限的帶寬內，利用如此高速的放大器的原因在于它提供優異的信號保真度。

圖3：建議反饋電阻與正相增益的關系

圖3來自相同器件的數據表，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化的性能。這是因為環路增益非常高，較大的電阻值對于穩定性是必需的。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。

數據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值有很大的靈活性，在數據表中所推薦的數值是在性能表和曲線中公布的規范所使用的數值。

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電壓反饋放大器的特性。