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[导读]电压反馈(Voltage Feedback,VF)运放是最常见的运算放大器。但是,尽管电流反馈(Current Feedback,CF)运放已经面世有几十年,有很多设计者仍然不知道怎样应用它们。很多人都不是十分清楚“电流反馈”及其相关术语。实际上,电流反馈运放是一种互导倒数运算放大器,所以有一些专用的术语。但是,电流反馈运放和电压反馈运放的相似点远远多于二者的相异点。

2.理想模型

在理解电压反馈运放的工作模型时,理想电压反馈模型是一个很有效工具。图1 (a)所示为理想电压反馈模型,而图l(b)所示则为理想电流反馈模型。


电压反馈运放的特点

对于电压反馈运放,有:


电压反馈运放的特点

3.带有反馈的理想模型

在理想模型中引入负反馈,如图2 (a)和图2(b)所示,就变成了同相放大器,对于电压反馈运放而言,当引入负反馈时,那么负反馈最终会使误差电压Ve为零。同理,在电流反馈运放中采用负反馈时,负反馈最终会使误差电流为0,这也是电流反溃这个术语的由来。


电压反馈运放的特点

对于上面的两个电路,其传输函数描述的都是Vo和Vi之间的关系。


电压反馈运放的特点

对于以上两个电路,增益都可以看做是1+R2/R1的函数,两式的右边第二项被看作是误差项。对于电压反馈,如果AF足够大(理想情况A为无穷大),则误差项可以忽略。同样,对于电流反馈,如果Zt足够大(理想情况Zt为无穷大),则误差项也可以忽略。

由以上对比可知,理想电流反馈运放和电压反馈运放的差别很小。

4.频率相关增益模型

运算放大器的开环增益,即电压反馈中的a,也叫A,电流反馈中的Zt,在真实环境中都是与频率相关的参数。图3中,在图1所示的理想模型上加入了一些额外的影响带宽的器件,关于此模型的推导将在后续推文中给出。


电压反馈运放的特点

同样,这里需要采用前面的方法来求解表征输入/输出关系的系统转移函数。


电压反馈运放的特点

5.频率相关的反馈模型

在运放的频率模型中加入如图2所示的负反馈网络,就得到了同相放大器,如图4所示,


电压反馈运放的特点

电压反馈同相运放的传输函数:


电压反馈运放的特点

电阻R2阻值决定了运放的-3dB带宽和截止频率,电阻R1的阻值决定其增益。因此,对于电流反馈运放的增益和带宽是相互独立的。

图5 (a)所示为电压反馈运放模型的增益和频率特性的波特图(Bode plot),图5 (b)所示为电流反馈运放模型的增益和频率特性的波特图。


电压反馈运放的特点

6.电流反馈运放(CF)应用电路

CF运放与VF电压反馈运放在应用电路上是相似的,主要注意反馈电阻R2(一般也叫Rf)的选取直接影响闭环带宽和电路稳定性,不能任意选择,一般按厂家推荐值选择,不要偏离推荐值太远,另外在反馈回路上不要使用电容直接将输出连接到反相输入:


电压反馈运放的特点


电压反馈运放的特点


电压反馈运放的特点


电压反馈运放的特点


电压反馈运放的特点


电压反馈运放的特点

7.总结

电压反馈运放是一个电压放大器,其开环增益为a(f),而电流反馈运放为一个互导倒数放大器,其开环增益为Zt(f),。负反馈对于两种放大器的效果都是一样的,都使输入为0,即Ve->0和ie->0。这也是它们得名为电压反馈和电流反馈的原因。当配置为带负反馈的同向放大器时,它们都能获得电压增益,具体增益由反馈网络决定。具体而言,两种放大器的开环增益分别为a(f)和Zt(f),都是和频率相关的,且都限制了工作的带宽。

对于电压反馈运放而言,其在正常工作的频带内,增益带宽乘积是一个常数。而对电流反馈放大器而言,其增益和带宽却是相互独立的,可以通过设定电阻R1和R2的值得到不同的增益和带宽。

电压反馈运放的主要优点是稳定的单位增益,所以设计者不必为了得到稳定的增益而花费心思去构建补偿电路。但是,也正是这一点限制了其工作带宽,也限制了放大器的应用场合。

对于电流反馈运放,它的稳定性由负反馈电阻R2决定。,想维持电路的稳定,R2必须大于一个最小值,与之对应,有一个最大的工作带宽。基于上述原因,如果将一个缓冲放大器的输出短接到负反馈的输入(即R2=0)时,电流运放电路就会振荡。而且,在作积分器和低通滤波器应用时,应该慎重考虑负反馈中的电容。

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