电流反馈运放大器电路解析

CFA具有优异的压摆率特性。尽管设计出高压摆率的VFA是可能的，但从内在固有特性来说，
CFA的压摆率更快。传统的VFA，在轻负载时，压摆率受到内部被偿电容的充放电电流的限制
。在输入大瞬态信号时，使输入级饱和，仅其长尾电路电流对补偿节点进行充电或放电。对
CFA，低输入阻抗允许大瞬态电流按需要流入放大器，内部电流镜把此输入电流传输到补偿
节点，实现快速充放电。理论上它和输入阶跃信号的大小成比例。压摆率增高使上升时间变
快，压摆率引起的失真和线性误差减小，大信号频率响应变宽。实际上，压摆率受电流镜饱
和电流(10~15mA)的限制，以及输入和输出缓冲器压摆率的限制。

问：CFA的直流精度怎样?

答：正像使用VFA一样，CFA的直流增益精度可以从它的传递函数算出，基本上
是其内部互阻抗与反馈电阻之比。典型情况下，内部互阻抗为1MΩ，反馈电阻为1kΩ，RO
为40Ω，那么单位增益的增益误差约01%。增益较高时，增益误差显著增大。CFA很少用于
高增益场合，尤其是当要求增益绝对准确时。

在许多应用中，建立时间仍然比增益精度重要。尽管CFA具有很快的上升时间，但由于建立
时间的热拖尾现象(thermal settling tails)是一种影响建立时间精度的主要因素，所以许多CFA产品说明仅给出达到01%精度的建立时间。现在考虑图3所示互补输入缓冲V IN+
端与V IN- 端之间的失调电压为Q1的V BE 电压和Q3的V BE 电压之差。当输入为0时，两个V BE 电压应当匹配，V IN+ 与V IN- 之间的失调很小。给VIN+ 加一个正向阶跃输入信号，这会降低Q3上的V BE 电压，减少其功耗，从而增大Q3的V BE 值。连接成二极管形式的Q1上电压V CE 没有变化，因此其V BE 也不变。两个输入端具有不同的失调电压，那么会降低其精度。电流镜电路中存在同样的问题，高阻节点一个输入阶跃变化将改变Q6的V CE 值，从而改变Q6的V BE 值，但Q5的VBE 不变，V BE 的变化将造成反馈回V IN- 的误差电流，由于误差电流乘以RF将产生输出失调电压。外，各晶体管的功耗仅在一个小区域中，由于区域太小，以致器件之间达不到热耦合。在应用中，运用反相放大器结构，能消除共模输入电压，从而可降低输入级的热误差。

图3 CFA的输入级和电流镜电路

问：在什么情况下，热托尾现象会成为一个问题?

答：热拖尾现象与信号的频率和波形有关。热拖尾不会立刻出现，(由工艺决
定的)晶体管的温度系数将会决定温度改变、参数改变及恢复所需要的时间。ADI公司用高速
互补双极型工艺(CB工艺)制造的运放，在高于几千赫的输入频率时并不出现明显的热
拖尾现象，因为输入信号变化得太快。通信系统一般比较关心频谱特性，所以热拖尾可能引
入的附加增益误差并不重要。阶梯波，如图象应用场合中用的阶梯波，在直流电平改变时，
会受到热拖尾现象的不利影响，对于这些应用，CFA不能提供足够的建立时间精度。问：现在我明白了CFA是如何工作的，但我仍不清楚在一个电路中如何使用它。CFA的反相输入端输入阻抗低是否意味着我不能使用反向放大?

答：请记住CFA的反向放大方式能够工作，因为其反向输入端是低阻抗节点。VF
A的求和节点是在反馈

环路建立后，由低输入阻抗表征。事实上，因为CFA固有的低输入阻抗，使CFA反向放大方式工作得非常好，能保持求和节点处于“接地”状态，而且在反馈环建立前就具有这样的特性。在高速应用中VFA求和节点处会出现电压尖峰，而CFA电路不会有电压尖峰出现。你还可以记得CFA反向工作方式具有的优点，包括使输入压摆率达到最大和减小由于热拖尾引起的建立时间误差。问：这就意味着我能用一个CFA构成一个电流驳缪(IV)转换器，对吗?

答：对。CFA可以构成IV转换器，但有一些限制因素：CFA的带宽直接随反馈电阻的变化而改变，反向输入的电流噪声会变得很高。在放大小电流时，因为信号增益随电阻线性增大，而电阻噪声按R增加，所以反馈电阻越大，意味着信噪(电阻噪声)比越高。反馈电阻增大一倍，信号增益增大一倍，而电阻噪声仅增加到14倍。不幸的是，对CFA来说，噪声的作用加倍，信号带宽减半。因此，CFA电流噪声大阻碍了它在许多光电二级管电路中的使用。在噪声要求不很严格时，根据带宽要求选择一个适当反馈电阻，用另一级增加增益。

问：我注意到CFA的电流噪声很高，这会不会在使用它时会受到限制?

答：你说得对。CFA反向输入端电流噪声比较高，大约为20~30pA/Hz。但是与类似的VFA相比较，CFA的输入电压噪声非常低，一般小于2nV/Hz，而且其反馈电阻也很小，通常小于1kΩ。在增益为1时，CFA的主要噪声源是流过反馈