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电流反馈运放和电压反馈运放的应用注意事项

电流反馈运算放大器有哪些特性和功能？使用电流反馈运算放大器有哪些注意事项？
电压反馈运算放大器有哪些特性和功能？使用电压反馈运算放大器有哪些注意事项？

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古孟谦

2021-9-28 10:55:50

　　本推文对电流反馈运放和电压反馈运放两种放大器的特性和功能进行了对比和分析，指出了两者的众多相似点和应用注意事项。
　　引言
　　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。
　　

　　对于电压反馈运放，有：
　　

　　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。
　　

　　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。
　　

　　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。
　　

　　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。
　　

　　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，
　　

　　电压反馈同相运放的传输函数：
　　

　　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。
　　

　　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：
　　

　　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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