電流反饋的結(jié)構(gòu)與電壓反饋大不相同。電流反饋非常適合用于高速信號(hào),，因?yàn)樗鼪](méi)有基礎(chǔ)增益帶寬積的限制,，同時(shí)也由于其固有的線性度。電流反饋運(yùn)算放大器的帶寬略微受到增益的約束,，但不像電壓反饋器件那么嚴(yán)重,。再者，壓擺率并非受到內(nèi)部偏置電流的限制,，而是受到晶體管自身速度的限制,。這樣在給定偏置電流的條件下可以使用更快的壓擺率，而不必采用正反饋或其它壓擺率提升技術(shù),。
電流反饋運(yùn)算放大器有一個(gè)輸入緩沖器,，而不是一個(gè)差分線對(duì)。輸入緩沖器一般是一個(gè)射極跟隨器或其它類(lèi)似的東西,。非反相輸入的阻抗很高,，而緩沖器的輸出(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(gè)輸入端都為高阻抗,。
電流反饋運(yùn)算放大器的輸出是電壓，并且它與流出或流入運(yùn)算放大器反相輸入端的電流有關(guān),，兩者的關(guān)系滿(mǎn)足一個(gè)復(fù)雜的函數(shù),，名為互阻抗 Z(s)。直流下的互阻抗值很大,，并且與電壓反饋運(yùn)算放大器相似,，會(huì)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(yùn)算放大器有可調(diào)帶寬和可調(diào)整的穩(wěn)定度,。反饋電阻設(shè)定了閉環(huán)動(dòng)態(tài)范圍,，并且會(huì)同時(shí)影響帶寬和穩(wěn)定度。電流反饋的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)就是有很好的大信號(hào)帶寬,?；诜答侂娮璧膽?yīng)用,有很高的壓擺率和可調(diào)帶寬，使器件的大信號(hào)帶寬非常接近于小信號(hào)帶寬,。并且,，由于固有的線性度,，高頻大信號(hào)時(shí)也可以獲得低的失真。
為什么 RF 值如此重要?
反饋電阻的閉環(huán)特性使我們能夠避免固定增益帶寬的限制,。這可以通過(guò)降低反饋電阻的值來(lái)實(shí)現(xiàn),，這樣可以在提高增益的同時(shí)保持回路高增益。
圖 2 - RF 對(duì)頻率響應(yīng)的作用
圖 2 是一個(gè)寬帶視頻放大器的實(shí)例,?？梢钥吹礁淖兎答侂娮钑r(shí)帶寬的變化情況。在曲線最右端 RF 等于 200 Ω,，可以看到頻率響應(yīng)有相當(dāng)大的尖峰,。尖峰幅度幾乎有 1/2 dB。該曲線亦有最大的帶寬,。當(dāng)反饋電阻減小時(shí),，尖峰也進(jìn)一步增加。電阻減小至 200 Ω 以下則很可能在脈沖響應(yīng)上出現(xiàn)糟糕的振鈴,，如果電阻過(guò)低則會(huì)出現(xiàn)振蕩,。可以看到,，RF=300 時(shí)的曲線和增益都相當(dāng)平坦。并且與多尖峰的頻響曲線相比,，仍然能夠保持不錯(cuò)的帶寬,。因此，我們無(wú)需放棄太多的帶寬也能得到很好的穩(wěn)定性,。此外,，當(dāng)反饋電阻進(jìn)一步增加時(shí)(例如 500 Ω)，就可以縮窄頻響范圍,。如果某個(gè)應(yīng)用只需要 50 -60MHz 帶寬,，超出這個(gè)范圍就會(huì)增加噪聲，則可以用修改反饋電阻的辦法調(diào)整頻響范圍,。
圖 3 – LMH6175 視頻放大器,，RF 對(duì)增益的作用
圖 3 出自同一器件的數(shù)據(jù)表。圖中顯示的是建議用于給定非反相增益的反饋電阻值,。從圖中可以看到,，當(dāng)增益為 1 時(shí)，需要 1KΩ 的反饋電阻才能得到最佳性能,。這是因?yàn)榛芈吩鲆娣浅８?，因此需要用一支較大的電阻進(jìn)行中和。這是與電壓反饋結(jié)構(gòu)的主要差異,。電流反饋放大器不能用于輸出端對(duì)反相輸入端短路的結(jié)構(gòu),。
數(shù)據(jù)表中最常用的電阻是針對(duì)增益為 2 的情況,。但是，從圖 2 可以看到,，最終采用的實(shí)際 電阻值有相當(dāng)?shù)撵`活性,。數(shù)據(jù)表建議值只是可選范圍的中間值。再回來(lái)看圖 3,。在增益為 4 時(shí),，RF 降低至 150 Ω。增益設(shè)定電阻現(xiàn)在只有 50 Ω,，因此,，我們現(xiàn)在的狀況`是：輸 入緩沖電阻值與增益設(shè)定電阻值基本相同。這樣會(huì)降低運(yùn)算放大器的閉環(huán)互阻,，并且在增益增大時(shí)開(kāi)始限制帶寬,。在增益為 7 時(shí)，我們?nèi)允褂?300 Ω 反饋電阻,。在這個(gè)增益下,，我們不指望能得到電流反饋部件提供的帶寬，并且,，當(dāng)增益高至 7 以上時(shí),，帶寬隨之下降，這非常像一個(gè)電壓反饋的特點(diǎn),。另外還應(yīng)注意,，虛線部分表示的是：根據(jù)反相輸入電阻或者放大器的穩(wěn)定度，應(yīng)該用于某款運(yùn)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(shù)量,。
電路板布局
電流反饋運(yùn)算放大器要仔細(xì)考慮的一個(gè)問(wèn)題就是電路板布局，這也普遍適用于所有高速電路,。電源旁路電容的布放需要非?？拷骷话阋∮?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(yuǎn)些;另一種是小型的瓷片旁路電容,，它要緊緊挨著相關(guān)器件,。小型瓷片旁路電容為極高速瞬變提供能量，并且完成器件旁的電源去耦任務(wù),。這些電容中的任何電感負(fù)載都會(huì)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(duì)交流地的容抗要盡可能地小。另外,，任何運(yùn)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?yàn)樗鼈兊募纳娙葑畹?。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(jié),。
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(duì)一個(gè)電流反饋運(yùn)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(yīng),。圖 4 中反相輸入端的寄生電容為 1pF,，輸出端也是 1pF?？梢杂迷黾臃答侂娮璧霓k法,，抵消這少量的寄生負(fù)載。這也是電流反饋運(yùn)算放大器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn),。但是，如果電路板布局太差,，即使采用了很大的反饋電阻,，也會(huì)出現(xiàn)尖峰甚至產(chǎn)生振蕩。
驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載
圖 5 – 絕緣電阻與容性負(fù)載
這是運(yùn)算放大器中常用的一種技術(shù),，可以應(yīng)用于電壓反饋和電流反饋兩種情況,，用于將容性負(fù)載(特別是非常小的阻性負(fù)載)與電容輸出隔離開(kāi)來(lái)，例如驅(qū)動(dòng)一個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器,。在運(yùn)算放大器和容性負(fù)載間加一個(gè) RISO 電阻,。圖中曲線顯示了根據(jù)電容大小而建議使用的 RISO 值。圖中是基于一支 1kΩ 的阻性負(fù)載,。如果 RL 較小,，則 RISO 的值也可以較小。另一種方法是將 RISO 放在反饋回路內(nèi)(圖中未顯示),。除了圖中將 RF 置于 RISO 和放大器之間的方法以外,，還可以將 RF 連接到隔離電阻的輸出端,。這樣保持了增益的準(zhǔn)確性，但會(huì)喪失隔離電阻上的部分電壓擺幅,。
降低系統(tǒng)噪聲
當(dāng)用電流反饋運(yùn)算放大器建立一個(gè)系統(tǒng)時(shí),，要進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，使輸出噪聲為最低,。這在建立一個(gè)中放或低頻射頻放大器時(shí)尤其重要,。如前所述，其中一項(xiàng)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(diǎn),，有時(shí)還可以根據(jù)需要提高反饋電阻值。另一件要注意的事是交流耦合,。同樣,，可以采用一個(gè)只允許所需頻率通過(guò)的濾波器，將有用帶寬以外的所有噪聲切掉,。最大增益電路塊要盡量放在前面,。增益越靠前，則對(duì)后面信號(hào)造成影響的噪聲就越少,。另外,，也要把噪聲最低的增益元件放在電路最前面。一般來(lái)說(shuō),，應(yīng)從低噪聲放大器(如砷化鎵元件)或極低噪聲的分立元件獲得增益,。盡量避免采用大阻值源電阻。因?yàn)殡娮柙黾拥臒嵩肼暸c電阻值成正比,。
電流反饋的注意事項(xiàng)
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(wù)請(qǐng)牢記下列注意事項(xiàng)：
在電流反饋時(shí)，輸入偏移電流不會(huì)抵消,。它不是一個(gè)對(duì)稱(chēng)電路,，因此兩個(gè)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(diào)電壓可以進(jìn)行匹配,，使之變得很小,，但不會(huì)為零。這不是一種自然的平衡,，因此,，一款電流反饋運(yùn)算放大器的偏移電壓指標(biāo)不會(huì)好到與電壓反饋設(shè)計(jì)一樣的水平。
緩沖結(jié)構(gòu)需要一個(gè)反饋電阻。即使在緩沖結(jié)構(gòu)中有現(xiàn)成的電壓反饋放大器電路布局,，也不能直接拿來(lái)就用,，而需要對(duì)電流反饋部分作改動(dòng)。
最后,，反饋回路中的電容會(huì)造成不穩(wěn)定,。較高頻率的任何元件都會(huì)降低反饋至反相輸入端網(wǎng)絡(luò)的阻抗，隨著反饋?zhàn)杩怪档南陆?，?huì)造成頻響的尖峰,。
總結(jié)
電流反饋運(yùn)算放大器常常是高速信號(hào)的最佳解決方案，此時(shí)需要大的輸出波幅與極低的失真,?？蓮碾娏鞣答伔糯笃鞣€(wěn)定質(zhì)量中獲益的應(yīng)用有：演示質(zhì)量的視頻線路驅(qū)動(dòng)器和路由器、模數(shù)轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器,、中頻放大器和時(shí)鐘緩沖器等,。對(duì)于信號(hào)保真度和高速度是主要目標(biāo)的各種應(yīng)用場(chǎng)合，電流反饋放大器都有自己的用武之地,。