电流反馈型运放之【1】.PDF

电流反馈型运放之【1】 刚开始使用电流反馈型运放时，总会从资料上看到这样的信息：电流反馈型运放直流特性 不好，适合放大高频的交流信号；带宽不因频率增加而减小，也就是没有增益带宽积的概念； 再深一点，CFB 运放的反馈电阻需为恒定的值。为了弄清楚这些问题，我看过很多英文应用手 册。但看完之后，总觉得云里雾里，不知所云。终有一天，认真推导了电流反馈运放传递函数 后恍然大悟，从理论上明白了电流反馈运放的原理。现在整理总结一下我的学习过程，希望对 大家有用。 我们开始研究电流反馈型 CFB 运放就从下面这个原理框图开始。 首先，CFB 运放的输入端不是电压反馈型放大电路的差分输入端，而是一个从 V+到 V-输入端 的一个增益为的跟随电路，这个增益非常接近于 1，实际约为 0.996 或更高的值，但肯定小于 1.00。（如下图所示的CFB 与 VFB 输入级的对比）这个跟随输入极有一个输出电阻 Ri,理论上 这个电阻应该等于 0，但实际上为几欧到几十欧的水平。用于反馈的误差电流信号就从 Ri 上 流过从 V-端口流出或流入。关于 CFB 运放的输入级以后会专门拿出一小节来分析，且耐心等 待。这里只要理解为电流反馈运放的输入级是一个从 V+至 V-的跟随器就好了。 (a)VFB运放输入级 (b)CFB运放输入级 误差电流通过镜像到第二级的增益阻抗 Z(s)上形成电压。注意，CFB 运放的第二级不是电压增 益 G，而是互阻增益 Z(s)。这是因为运放的输出是电压，而误差信号是个电流，只有通过互阻 抗来实现 I－V 变换。Rg 和 Rf 是用于设定增益的反馈网络电阻。与 VFB 运放很相似，很好理 解。 电流反馈型 CFB 运放之【２】 上一小节从 CFB 运放的原理框图解释了 CFB 的内部原理。这一小节我们就来用简单的数学公式 推导一下 CFB 运放的传递函数，从而揭示为什么 CFB 运放为什么需要固定反馈电阻的值。 还是看着下面的图，请拿出笔来纸来，如果想真正搞明白电流反馈运放的传递函数公式，明白 的像电压反馈运放那样的话，一定拿出笔来，一步一步的推导。 (1)对 V-输入端建立 KCL 方程，可得下式，这一步很容易理解。 对方程进行整以，乘以 Rf，并移相把V-移到右边，得到方程式 1： （方程式1） (2)又由于 V+输入端到 V-输入端是一个增益为 ，输出阻抗为Ri 的跟随电路。可以得到V- 输入端的电压值： （方程式2） (3)又由于运放的输出电压等于，误差电流 Ierr 乘以第二级的互阻抗： 这样我们得到下面的误差电流的表达式： （方程式3） (4)将方程式 2 和方程式 3 代入方程式 1 得到下式： (5)对上式进行整理得出 Vo/V+, 即电流反馈CFB 运放的闭环增益： 到了上面的这一步，推导成功了一大半了。请再耐心的分析一下，我们用 CFB 理想模型来简化 上式：其中 ，Ri=0。则上式就可以简写为： 其中 为外部电组网络构成的电压反馈系数。之所以这样写是方便与电压反 馈型运放进行对比。到这里，我们可以放下笔，仔细端详一下这个公式，并联想一下 VFB 运放 的传递函数，还没看出门道，那就再看看。要知后事如何，请听下回分解。 电流反馈型 CFB 运放之【3】 这一小节我们将回顾电压反馈型运放的传递函数的特性，并与电流反馈 CFB 运放的传递函数与 相对比。最后阐述 VFB 运放存在增益带宽积 GBW 的根本原因。且向下看： 我们先回顾一下电压反馈型运放的传递函数，也就是闭环增益： 其中第二步到第三步的变化就是将分子分母同进除以 AF，(AF也称之为放大电路的环路增益)。 我们将 VFB 运放的闭环增益方程与 CFB 运放的闭环增益方程放在一起进行对比， 仔细端详上面的式子，分子上都一样，不同的是分母上的部分。我们把 VFB 的分母中的AF 称 之为环路增益，也是我们管他们叫这个，而是他们本来就是环路增益。因此 CFB 运放的 Z(s)/Rf， 也就是 CFB 运放的环路增益 loop Gain。 下面我们就仔细分析一下运放的环路增益，并揭示 VFB 运放的增益带宽积的本质。记得在