运放反馈电容的作用.pdf

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1、高速设计技术■在相同工艺和功耗下，电流反馈型运放比电压反馈型运放的FPBW更高、失真更小■电流反馈型运放的反向输入阻抗低、同相输入阻抗高■电流反馈型运放的闭环带宽仅由内部主导极点电容Cp和外部反馈电阻R2决定，而与增益设置电阻R1无关图1.17电流反馈型运放的特性总结1.4运放反馈电容的作用在这里，需要给出噪声增益的定义。噪声增益是一个统计量，与运放的输入终端相连的小振幅噪声电压源经过放大电路后，在输出端测量得到的放大程度即为噪声增益。运放的输入电压噪声就是通过这种方式建模的。另外，需要注意的是直流噪声

2、增益也可以用于将输入电压偏移（或者运放的其他输入误差源）反映到输出端。噪声增益不同于信号增益。如图1.18所示，给出了反向和同相模式下的噪声增益和信号增益原理及对比。可以发现，在同相模式下，噪声增益等于信号增益；然而，在反向模式下，噪声增益不变，但是信号增益是–R2/R1。在此结构中，电阻作为反馈器件，可以对网络产生反作用。R−R=+12信号增益=2信号增益RR11RR22噪声增益=+1噪声增益=+1R1R1单位增益带宽频率对于VFB运放：闭环BW=噪声增益fuf=CLG图1.18反相和同相模式下的噪声

3、增益和信号增益比较如图1.19所示是噪声增益的另外两种结构图，在这种结构模式中，通过在运放的输入端增加一个电阻R3，使得噪声的增益能够与信号增益相独立，即在信号增益发生变化的时候，噪声增益可以保持不变。一般互补运放在低噪声增益情况下不稳定，而通过采用这种技术结构后，可以起到稳定互补运放的作用，但是，此项技术也会使得对输入噪声和偏移电压的敏感性相应地增加。·14·第1章高速运算放大器R−R=+12信号增益=2信号增益RR11RR=+12噪声增益=+12噪声增益RR

4、

5、RR

6、

7、1313图1.19噪声增益独立

8、于信号增益的电路结构可以将噪声增益表示成关于频率函数的伯德图来分析运放的稳定性。如果反馈环路纯粹是反相的，噪声增益就是与频率相关的常数，然而，在反馈环路中的反作用元件将使其随着频率的变换而改变。变化的极点频率和零点频率决定了噪声增益的断点，通过计算可以很容易得到，再使用对数坐标伯德图可以很清楚地表示噪声增益变化。在开环增益与噪声增益的交叉点不仅决定了运放的闭环带宽，而且可以用来分析系统的稳定性。参考文献4中给出了通过使用伯德图分析反馈网络的相位和增益性能的方法，以及怎样做近似简化模型的例子。正如信号增益

9、和噪声增益不同一样，信号带宽和闭环带宽之间也有区别。运放的闭环带宽通常由具有开环频率响应的噪声增益的交叉值决定。只有在反馈网络是纯反相的时候，信号带宽才等于闭环带宽。电压反馈型运放的反馈回路中经常使用电容，以获得如图1.20（a）所示的频率响应，这个频率响应与单极点低通滤波器的频率响应一样。将得到的噪声增益绘制成伯德图，来分析稳定性和相位裕量。系统的稳定性由噪声增益和开环增益的斜率决定。图1.20带反馈电容的VFB和CFB运放的噪声增益稳定性分析·15·高速设计技术对于无条件稳定的情况，噪声增益曲线必须

10、要以小于12dB/信频的斜率穿越开环响应曲线。此时，它们相交处的斜率是6dB/倍频，表明系统处于稳定状态。注意，对于图1.20（a）所示的情况，频率响应的第二个极点出现在比fu高很多的地方。同样，对于图1.20（b）所示的电流反馈型运放，除了采用绘制开环互导增益T(s)的伯德图的方法外，也采样了相同的分析方法。然而，对于电流反馈型运放，其噪声增益（用于稳定性分析）需要重新定义成与反相输入端相连的电流噪声源形式，如图1.21所示。噪声电流通过阻抗映射到输出端，该阻抗称为电流反馈型运放的“电流噪声增益”，即

11、⎛⎞Ro“电流噪声增益”=+RZ⎜⎟o2⎝⎠Z1图1.21电流反馈型运放的“电流噪声增益”定义接下来，返回到图1.20（b），观察电流反馈型运放的电流噪声增益曲线，在低频段，电流反馈型运放的噪声增益近似等于R2（假设R0远小于Z1和Z2）。第一个极点由R2和C2决定。随着频率的增大，C2变为短路，于是反相输入端的所有电流都流入R0（如图1.21所示）。通常在反馈环路中使用固定的反馈电阻R2来对电流反馈型运放进行性能优化，使其性能达到最佳。互导增益T(S)的其他极点产生在超出闭环带宽fCL（由R2决定）频

12、率处。注意，在电流反馈型运放的噪声增益与开环互导增益T(S)相交点，T(S)的斜率为12dB/倍频，这表明系统并不稳定，可能会发生振荡。因此，电流反馈型运放不宜用于在反馈环路中需要电容的场合，比如，简单的有源积分器或低通滤波器中就不宜采用电流反馈型运放。但是，在某些特殊的有源滤波器中可以使用电流反馈型运放，例如，如图1.22所示的萨伦·基滤波器中就可以使用电流反馈型运放，其反馈网络中不需要电容。·16·第1章高速运算放大器图1.22使用电流