电流反馈运放大器电路解析

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电阻的反向输入端的噪声电流。20pA/Hz的输入噪声电流和750Ω的RF在输出端产生的15nV/的电压噪声成为主要噪声源。当增益增加时(减小输入电阻RG)，由输入电流噪声产生的输出电压噪声不会增加，这时运放的输入电压噪声成为主要噪声源。比如，当增益为10时，输入噪声电流在输出端产生的噪声电压折合到输入端仅为15nV/，用平方和的平方根(RSS)形式加到放大器的输入噪声电压上，这样总的输入噪声电压仅为25nV/(忽略电阻噪声)。因此在低噪声应用中，CFA是很吸引人的。

问：用CFA构成四电阻差动放大器会怎么样?会不会因CFA的两个输入端电阻不平衡而不适用于这类电路?

答：你问得好!这是对CFA常有的误解。CFA的两个输入端电阻确实不匹配，但理
想差动放大器的传递函数照样可以用。两个输入电阻不相同会有什么样结果?低频时，四电阻差动放大器的CMR由外电阻比值匹配情决定，01%的电阻匹配相应的CMR约为66dB；高频时，要关心的问题是输入阻抗形成的时间常数的匹配。高速VFA通常具有匹配得非常好的输入电容，在1MHz时CMR柯达到60dB。由于CFA的输入级不平衡，其输入电容不可能匹配好。这意味着为减少时间常数失配，在某些运放的同相输入端须接一个外部电阻(100至200Ω)。如果仔细选择电阻，那么CFA也能产生与VFA相当的高频CMR。在牺牲一部分信号带的情况下
外加手调电容可以进一步提高VFA和CFA的性能。若要求更高的性能，最好选择单片高速差动
放大器，如AD830。无需电阻匹配，它在1MHz时CMR大于75dB，在10MHz时CMR约为53dB。

问：你认为用反馈电容调节放大器带宽情况会怎样?反相输入端低阻抗会不会使CFA对此节点上的旁路电容敏感性减小?容性负载情况又会怎样?

答：首先考虑在反馈环路上有一个电容的情况。对于VFA，在噪声增益范围内，会产生一个极点，但对CFA，在其反馈电阻范围内要出现一个极点和一个零点，如图4所示。请记住，反馈电阻与开环互阻交点处的相位裕度决定闭环稳定性。电容CF与RF并联后的反馈电阻为：
ZF(s)=［RF+RO(1+RFRG)］1+sCFRFRG
RORFRG+RFRO+RGRO1_sCFRF

图4 电容反馈电容的作用

极点出现在1/2πRFCF，零点出现在1/［2π(RF∥RG∥RO)CF］。如果ZF与Z
OC 交点处频率太高，开环相移太大会引起不稳定。对于积分电路，若RF→∞，极点
出现在低频处，在高频处几乎没有电阻限制环路增益，为限制环路高频增益，用一个电阻与
积分电容串联用来限制高频环路增益，这样可以稳电流反
馈积分器。CFA不适用于电抗反馈型滤波器结构，例如阻容并联的反馈滤波器，但用CFA构成
的SallenKey滤波器除外，因为它被用作固定增益单元电路。总之，不希望在CFA的RF两端并接电容。另一个要考虑的问题是CFA的反向输入端旁路电容的影响。记得VFA，旁路电容会在噪声增益上建立一个零点，增加噪声增益与开环增益间的闭合速度(rate of closure)，若不进行频率补偿，产生过大的相移会导致电路不稳定。对CFA，旁路电路有同样的影响，只不过此问题讲得较少。附加输入旁路电容的反馈电阻表达式可写作：
ZF(s)=［RF+RO(1+RFRG)］［1+sC IN RFRGRO］RFRG+RFRO+RGRO］零点出现在1/［2π(RF∥RG∥RO)C ON ］，见图5中f Z1 。这个零点使CFA产生和VFA一样的麻烦，只是由于反相输入阻抗低，零点的转折频率变高。考虑宽带VFA的RF=750Ω，RG=750Ω，C IN =10pF，在1/［2π(RF∥RG)C IN ］处的零点频率约为40MHz，RO为40Ω而其它电路参数完全相同的CFA将把零点抬高到400MHz左右。对于单位增益带宽都为500MHz的两种运放，VFA需要有反馈电容补偿，以减小C IN 的影响，同时要减小信号带宽。CFA虽然因零点会有一些附加的相移，但由于转折频率高十倍，受C IN 的影响就没有VFA那么大。CFA的信号带宽比VFA要大，若要求通带内平坦或脉冲响应最优，也可以进行补偿。为减小ZF和Z OL 之间的闭合速度，加一个小电容并联在RF上，就可以改善响应。要至少保证45°的相位裕度，应当选择反馈电容放到ZF与ZOL 相交的极点处，如图5中fP点。请不要忘记反馈电容所产生的高频零点f Z2
的影响。

图5 反相输入端旁路电容的作用

CFA中负载电容呈现出和VFA中一样的问题：增加误差信号相移，引起相位裕度变小，可能产
生不稳定。处理容性负载有几种公认的电路方法，但对于高速运放，最好的方法是在运放的
输出端串联一个电阻(见图6)，在反馈环的外面有了与负载电容串接的电阻，放大器不直接