Q。我不确定我是否理解电流反馈放大器与常规运算放大器相比是如何工作的。我听说他们的带宽是恒定的，不管增益是多少。这是怎么做到的呢?它们和跨阻放大器一样吗?

在看任何电路之前，让我们先定义电压反馈、电流反馈和跨阻放大器。电压反馈，顾名思义，是指误差信号以电压形式存在的闭环结构。传统运算放大器使用电压反馈，即它们的输入将响应电压变化并产生相应的输出电压。电流反馈是指用于反馈的误差信号以电流形式存在的任何闭环配置。电流反馈运放对其中一个输入端的错误电流而不是错误电压作出响应，并产生相应的输出电压。请注意，两种开环架构都实现了相同的闭环结果:零差分输入电压和零输入电流。理想的电压反馈放大器具有高阻抗输入，导致输入电流为零，并使用电压反馈来保持输入电压为零。相反，电流反馈运放具有低阻抗输入，导致输入电压为零，并使用电流反馈来维持零输入电流。

跨阻放大器的传递函数表示为输出电压相对于输入电流。如函数所示，开环“增益”v(O)/i(IN)以欧姆表示。因此，电流反馈运算放大器可称为跨阻放大器。有趣的是，电压反馈运放电路的闭环关系也可以配置为跨阻，通过用电流驱动其动态低阻抗求和节点(例如，来自光电二极管)，从而产生等于输入电流乘以反馈电阻的电压输出。更有趣的是，由于理想情况下任何运放应用都可以通过电压或电流反馈来实现，因此相同的I-V转换器可以通过电流反馈运放来实现。当使用术语跨阻放大器时，请了解特定电流反馈运放架构与任何类似跨阻的闭环I-V转换器电路之间的差异。

让我们看一下电压反馈放大器的简化模型。非反相增益配置通过开环增益A(s)放大差电压(V(IN+)—V(IN-) -)，并通过由R(F)和R(G)组成的分压器将一部分输出馈送回反相输入。为求出该电路的闭环传递函数V(o)/V(IN+)，假设没有电流流入运放(输入阻抗无穷大);两个输入将处于大约相同的电位(负反馈和高开环增益)。

与

和

代入并化简得到:

闭环带宽是指环路增益，LG，幅度降至单位(0 dB)的频率。1 + R(F)/R(G)称为电路的噪声增益;对于非反相情况，它也是信号增益。从图形上看，闭环带宽位于开环增益A(s)和噪声增益NG的交点处。高噪声增益会降低环路增益，从而降低闭环带宽。如果A(s)以20 dB/ 10的速度衰减，放大器的增益带宽乘积将是恒定的。因此，闭环增益增加20db将使闭环带宽减少10年。

现在考虑一个电流反馈放大器的简化模型。非反相输入是单位增益缓冲器的高阻抗输入，反相输入是其低阻抗输出端。缓冲器允许错误电流流入或流出反相输入，单位增益迫使反相输入跟踪非反相输入。误差电流被镜像到一个高阻抗节点，在那里它被转换成电压并在输出端被缓冲。高阻抗节点是频率相关的阻抗(Z(s))，与电压反馈放大器的开环增益有关;它具有很高的直流值，并以20 dB/decade的速度滚出。

闭环传递函数由V(IN) -节点的电流求和得到，而缓冲区保持V(IN+) = V(IN) -。如果我们暂时假设缓冲器的输出电阻为零，那么R(o) = 0

代入并求解V(o)/V(IN+)

电流反馈放大器的闭环传递函数与电压反馈放大器相同，但环路增益(1/LG)的表达式现在仅取决于反馈的通阻R(F)，而不是(1 + R(F)/R(G))。因此，电流反馈放大器的闭环带宽将随RF值而变化，而不随噪声增益(1 + R(F)/R(G))而变化。R(F)和Z(s)的交集决定了环路增益，从而决定了电路的闭环带宽(见波德罗图)。显然增益-带宽乘积不是恒定的——这是电流反馈的一个优势。

在实际中，输入缓冲器的非理想输出电阻通常约为20至40欧姆，这将改变反馈跨阻。两个输入电压不会完全相等。将前面的方程代入V(IN) - = V(IN+) - I(err)R(o)，求解V(o)/ V(IN+)得到:

反馈跨阻中的附加项意味着环路增益实际上在某种程度上取决于电路的闭环增益。在低增益时，R(F)占主导地位，但在高增益时，第二项会增加并减小环路增益，从而减小闭环带宽。

很明显，在R(G)打开的情况下(如在电压跟随器中)将输出短路回反相输入将迫使环路增益变得非常大。对于电压反馈放大器，最大反馈发生在反馈整个输出电压时，但电流反馈的极限是短路电流。电阻越小，电流就越大。图形上，R(F) = 0将给出更高频率的Z(s)和反馈跨阻的交集-在高阶极点区域。与电压反馈放大器一样，Z(s)的高阶极将在更高的频率下引起更大的相移，导致相移&gt的不稳定性;180度。因为R(F)的最优值会随着闭环增益而变化，所以波德图在确定各种增益的带宽和相位裕度方面是有用的。以较低的相位裕度为代价获得较高的闭环带宽，导致频域出现峰值，时域出现超调和振铃。电流反馈器件数据表将列出各种增益设置下R(F)的特定最佳值。

电流反馈放大器具有出色的自旋速率能力。虽然可以设计出具有高摆率的电压反馈放大器，但电流反馈架构本身就更快。一个传统的电压反馈放大器，轻负载，有一个转换率限制的电流可用于充电和放电内部补偿电容。当输入受到较大的瞬变时，输入级将饱和，只有其尾电流可用于对补偿节点充放电。使用电流反馈放大器，低阻抗输入允许更高的瞬态电流根据需要流入放大器。内部电流镜将输入电流传递到补偿节点，允许快速充电和放电-理论上，与输入步长成比例。更快的转换率将导致更快的上升时间，更低的回转引起的失真和非线性，以及更宽的大信号频率响应。实际的转换速率将受到电流镜饱和的限制，这可能发生在10到15 mA，以及输入和输出缓冲器的回转速率限制。

Q。直流精度怎么样?

与电压反馈放大器一样，电流反馈放大器的直流增益精度可以通过其传递函数来计算;它本质上是内部跨阻与反馈跨阻之比。使用典型的1 mohm的跨电阻，1 k欧姆的反馈电阻和40欧姆的R(o)，单位增益时的增益误差约为0.1%。在更高的增益下，它会显著退化。电流反馈放大器很少用于高增益，特别是当需要绝对增益精度时。

然而，在许多应用中，沉降特性比增益精度更重要。虽然当前的反馈放大器具有非常快的上升时间，但由于热沉降尾-沉降精度缺乏的主要原因，许多数据表将只显示沉降时间为0.1%。考虑上面的互补输入缓冲器，其中V(in) -端与V(in +)端由于Q1和Q3之间的V(BE)差而偏移。当输入为零时，两个V(BEs)应该匹配，并且从V(IN) +到V(IN) -的偏移量很小。一个正阶跃输入加到V(IN+)上，会使Q3的V(CE)减小，降低其功耗，从而增加其V(BE)。二极管连接的Q1不表现出V(CE)变化，因此它的V(BE)不会改变。现在两个输入之间存在不同的偏移量，降低了精度。同样的效应也可以发生在电流反射镜中，其中高阻抗节点的阶跃变化改变了Q6的V(CE)，从而改变了Q5的V(BE)。V(BE)的变化导致一个电流误差，该电流误差被引用回V(in——)，再乘以R(F)，将导致输出偏移误差。每个晶体管的功耗发生在一个太小的区域，无法实现器件之间的热耦合。在反相配置中使用放大器的应用中，可以减少输入级的热误差，消除共模输入电压。

Q。在什么情况下热尾是一个问题?

它取决于所涉及的频率和波形。热尾不会瞬间发生;晶体管的热系数(取决于工艺)将决定温度变化发生和参数改变所需的时间，然后恢复。例如，在Devices高速互补双极(CB)工艺上制造的放大器在输入频率高于几kHz时不会表现出明显的热尾，因为输入信号变化太快了。通信系统通常更关注频谱性能，因此可能由热尾引入的额外增益误差并不重要。当直流电平发生变化时，阶跃波形，例如成像应用中的阶跃波形，会受到热尾的不利影响。对于这些应用，电流反馈放大器可能无法提供足够的沉降精度。

第二部分将考虑使用电流反馈放大器的常见应用电路，并更详细地查看其操作。