电流反馈运放电路设计
电流反馈放大器不受基本增益带宽积的限制，随着信号幅度的增加，带宽的损失非常小。因为可以在最小失真的条件下对大信号进行调节，这些放大器在非常高的频率下通常都具有优异的线性度。而电压反馈放大器的带宽随着增益的增加降低，电流反馈放大器在很宽的增益范围上维持其大部分带宽不变。
正因为如此，准确地说，电流反馈运放没有增益带宽积的限制。当然，电流反馈运放也不是无限快，其压摆率(Slew Rate)不受内部偏置电流的限制，但受三极管本身的速度限制。对给定的偏置电流，这就容许不用通常可能影响稳定性的正反馈或其方法来获得较大的压摆率。
那么如何构建这些电路呢？电流反馈运放具有一个与差分对相对的输入缓冲器，该输入缓冲器大多数情况下常常是射极跟随器或其它非常类似的电路。正相输入端具有高阻抗，而缓冲器的输出，即放大器的反相输入具有低阻抗。相比之下，电压反馈放大器的输入都是高阻。
电流反馈运放的输出是电压，并且它与流出或流入运放的反相输入端的电流有关，这由称为互阻抗(transimpedance)的复杂函数Z(s)来表示(图1)。在直流时，互阻抗是一个非常大的数，并且像电压反馈运放一样，它随着频率的增加具有单极点滚降特性。
电流反馈运放灵活性的关键之一是具有可调节的带宽和可调节的稳定性。因为反馈电阻的数值实际上改变放大器的交流环路的动态特性，所以能够影响带宽和稳定性两个方面。加之具有非常高的压摆率和基于反馈电阻的可调节带宽，你可以获得与器件的小信号带宽非常接近的大信号带宽。在甚至更好的情况下，该带宽在很宽的增益范围内大部分都维持不变。而因为具有固有的线性度，你也可以在高频大信号时获得较低的失真。
如何发现最佳的反馈电阻R F
由于放大器的交流特性部分地取决于反馈电阻，这就让我们能够针对每一个特定的应用“量身定制”放大器。降低反馈电阻的数值将提升环路增益。为了保持稳定性和最大的带宽，在低增益时，反馈电阻要设置为较高的数值；随着增益的上升，环路增益自然降低。如果需要高的增益，可以利用较小的反馈电阻来部分地恢复环路增益。
图1：具有Z(s)和反馈电阻的电路示意图
图2：能够体现LMH6714特色的不同R F条件下的频率响应
在图2中你可以看到随着你改变反馈电阻带宽所发生的变化。在右手曲线的远处，反馈电阻R F等于147Ω，你可以看到频率响应具有相当大的峰值。该曲线也具有最高的带宽。减小该电阻到远远低于这个147Ω，会导致你的脉冲响应出现振铃，如果再进一步减小该电阻，实际上就会发生振荡。R F等于300Ω的曲线具有优异的平坦度和增益，并仍然具有与峰值频率响应可比的良好带宽。
所以，我们不必牺牲太多的带宽就已经获得了很高的稳定性。利用600Ω的反馈电阻，你就能调节回你的频率响应。例如，如果一个应用仅仅需要50~60MHz的带宽，在该频段内的任何信号都会对噪声有所贡献，你可以利用反馈电阻来调节你的器件的频率响应。在如此有限的带宽内，利用如此高速的放大器的原因在于它提供优异的信号保真度。
图3来自相同器件的数据表，该图说明了对给定正相增益的推荐反馈电阻。正如预期的那样，对增益为2的放大器推荐采用300Ω的电阻
，它具有最佳的增益平坦度、建立时间和速度的组合。此外，从该图中可
图4：利用串联输出电阻实现对容性负载的隔离
如图4所示，通过引入一个电阻(R OUT)，放大器几乎可以驱动任何大小的电容而没有稳定性问题。这是电压和电流两种反馈放大器常用的技术，当驱动高速模/数转换器时，该技术特别有用。R OUT电阻被放置在运
放和容性负载(即ADC)之间。只要电路板空间允许，要把电阻靠近放大器放置。
图5：LMH6738推荐的R OUT与容性负载的对比
在图5中，图表上的曲线显示了根据电容大小建议的R OUT电阻数值。该图表是根据1kΩ的阻性负载绘制的。如果RL的数值较小，R OUT也可以更小。另一个选项是把R OUT放在反馈环之内(图中没有标出)。你可以把R F连接到隔离电阻的输出侧，而不是图中R OUT和放大器之间用R F连接。这样做将保持增益的精度，
但是跟在其它例子中一样，你将仍然在隔离电阻上损失相同大小的电压摆幅。尽管该技术确实有其缺陷，但应该这样实现。
因为电阻和电容形成一种低通滤波器，对于这种电路的应用，存在某种带宽的损失。实际应用表明，无论电阻阻值多大，电容越大就越难驱动，并降低带宽。
降低系统噪声
如果你正在构建一种IF放大器或低频R F放大器，那么把噪声最小化就特别重要。利用电流反馈放大器，增加反馈电阻常常能减小系统的噪声，这是因为频率响应衰减得比电阻噪声的上升要快。
为了减小跟随放大器电路的那部分噪声，非常重要的一点是仅仅采用必需的带宽，而不要选用超过应用需求的带宽。除了采用反馈电阻的最佳数值之外，你可以给电路添加附加的滤波电路。
利用Sallen-Key滤波器拓扑，滤波器常常可以被恰当地合并到放大器的反馈网络中。如果可能的话，交流耦合将有助于消除低频噪声，那常常就是所谓的1/f噪声，目标是滤除在你的放大带宽之外的所有噪声。从系统的层面考虑，要求在电路中尽早布置最低噪声和最高增益的模块。你提高增益越早，其后噪声对你的信号的影响就越小。如果可能的话，要避免大的信号源电阻，电阻增加的热噪声与电阻值成正比。
电压反馈放大器的优势
如果比较电流反馈和电压反馈两种放大器，你会发现电压反馈放大器在某些方面可能具有一定优势。利用电流反馈拓扑，输入偏置电流并没有系统地匹配。正相输入比反相输入阻抗更大—通常具有更低的输入偏置电流。反相输入偏置电流通常将比较大，如果偏置电流必须流过大阻值的电阻的话，这样做可能导致输入电压的偏移。
在电流反馈器件上的偏移电压可以被匹配并使之相当小，但从系统的观点看，它们不可能完全为零。所以，虽然典型的电流反馈放大器的偏置电压可以被设计得非常好，但是它将随着正常的工艺批号及温度而变化比较大。如果需要非常高精度的输入
偏置电压，那么电压反馈放大器通常是比较好的选择。
电流反馈放大器的缓冲器配置需要一个反馈电阻，而电压反馈放大器可以采取直接短路连接。这样做通常没有问题，除非在设计中取代现有的电压反馈放大器。最后，在电流反馈放大器的反馈环路中，电容会引起不稳定性。一些常用的电路拓扑不适合于电流反馈放大器，对于大多数这些电路，需要重新设计电路板，以使之满足电流反馈放大器工作的要求。
作者：
Loren Siebert
电流反馈运放电路设计 电流反馈放大器不受基本增益带宽积的限制，随着信号幅度的增加，带宽的损失非常小。因为可以在最小失真的条件下对大信号进行调节，这些放大器在非常高的频率下通常都具有优异的线性度。而电压反馈放大器的带宽随着增益的增加降低，电流反馈放大器在很宽的增益范围上维持其大部分带宽不变。 正因为如此，准确地说，电流反馈运放没有增益带宽积的限制。当然，电流反馈运放也不是无限快，其压摆率(Slew Rate)不受内部偏置电流的限制，但受三极管本身的速度限制。对给定的偏置电流，这就容许不用通常可能影响稳定性的正反馈或其方法来获得较大的压摆率。 那么如何构建这些电路呢？电流反馈运放具有一个与差分对相对的输入缓冲器，该输入缓冲器大多数情况下常常是射极跟随器或其它非常类似的电路。正相输入端具有高阻抗，而缓冲器的输出，即放大器的反相输入具有低阻抗。相比之下，电压反馈放大器的输入都是高阻。 电流反馈运放的输出是电压，并且它与流出或流入运放的反相输入端的电流有关，这由称为互阻抗(transimpedance)的复杂函数Z(s)来表示(图1)。在直流时，互阻抗是一个非常大的数，并且像电压反馈运放一样，它随着频率的增加具有单极点滚降特性。 电流反馈运放灵活性的关键之一是具有可调节的带宽和可调节的稳定性。因为反馈电阻的数值实际上改变放大器的交流环路的动态特性，所以能够影响带宽和稳定性两个方面。加之具有非常高的压摆率和基于反馈电阻的可调节带宽，你可以获得与器件的小信号带宽非常接近的大信号带宽。在甚至更好的情况下，该带宽在很宽的增益范围内大部分都维持不变。而因为具有固有的线性度，你也可以在高频大信号时获得较低的失真。 如何发现最佳的反馈电阻R F 由于放大器的交流特性部分地取决于反馈电阻，这就让我们能够针对每一个特定的应用“量身定制”放大器。降低反馈电阻的数值将提升环路增益。为了保持稳定性和最大的带宽，在低增益时，反馈电阻要设置为较高的数值；随着增益的上升，环路增益自然降低。如果需要高的增益，可以利用较小的反馈电阻来部分地恢复环路增益。 图1：具有Z(s)和反馈电阻的电路示意图
运放电路PCB设计技巧 虽然这里主要针对与高速运算放大器有关的电路，但是这里所讨论的问题和方法对用于大多数其它高速模拟电路的布线是普遍适用的。当运算放大器工作在很高的射频（RF）频段时，电路的性能很大程度上取决于PCB布线。“图纸”上看起来很好的高性能电路设计，如果由于布线时粗心马虎受到影响，最后只能得到普通的性能。在整个布线过程中预先考虑并注意重要的细节会有助于确保预期的电路性能。 原理图 尽管优良的原理图不能保证好的布线，但是好的布线开始于优良的原理图。在绘制原理图时要深思熟虑，并且必须考虑整个电路的信号流向。如果在原理图中从左到右具有正常稳定的信号流，那么在PCB上也应具有同样好的信号流。在原理图上尽可能多给出有用的信息。因为有时候电路设计工程师不在，客户会要求我们帮助解决电路的问题，从事此工作的设计师、技术员和工程师都会非常感激，也包括我们。 除了普通的参考标识符、功耗和误差容限外，原理图中还应该给出哪些信息呢？下面给出一些建议，可以将普通的原理图变成一流的原理图。加入波形、有关外壳的机械信息、印制线长度、空白区；标明哪些元件需要置于PCB上面；给出调整信息、元件取值范围、散热信息、控制阻抗印制线、注释、扼要的电路动作描述……（以及其它）。 谁都别信 如果不是你自己设计布线，一定要留出充裕的时间仔细检查布线人的设计。在这点上很小的预防抵得上一百倍的补救。不要指望布线的人能理解你的想法。在布线设计过程的初期你的意见和指导是最重要的。你能提供的信息越多，并且整个布线过程中你介入的越多，结果得到的PCB就会越好。给布线设计工程师设置一个暂定的完成点——按照你想要的布线进展报告快速检查。这种“闭合环路”方法可以防止布线误入歧途，从而将返工的可能性降至最低。
电子工程师必备基础知识（一） 运算放大器通过简单的外围元件，在模拟电路和数字电路中得到非常广泛的应用。运算放大器有好些个型号，在详细的性能参数上有几个差别，但原理和应用方法一样。 运算放大器通常有两个输入端，即正向输入端和反向输入端，有且只有一个输出端。部分运算放大器除了两个输入和一个输出外，还有几个改善性能的补偿引脚。 光敏电阻的阻值随着光线强弱的变化而明显的变化。所以，能够用来制作智能窗帘、路灯自动开关、照相机快门时间自动调节器等。 干簧管是能够通过磁场来控制电路通断的电子元件。干簧管内部由软磁金属簧片组成，在有磁场的情况，金属簧片能够聚集磁力线并使受到力的作用，从而达到接通或断开的作用。 电子工程师必备基础知识（二） 电容的作用用三个字来说：“充放电。”不要小看这三个字，就因为这三个字，电容能够通过交流电，隔断直流电；通高频交流电，阻碍低频交流电。 电容的作用如果用八个字来说那就：“隔直通交，通高阻低。”这八个字是根据“充放电”三个字得出来的，不理解没关系，先死记硬背住。 能够根据直流电源输出电流的大小和后级（电路或产品）对电源的要求来先择滤波电容，通常情况下，每1安培电流对应1000UF-4700UF是比较合适的。 电子工程师必备基础知识（三） 电感的作用用四个字来说：“电磁转换。”不要小看这四个字，就因为这四个字，电感能够隔断交流电，通过直流电；通低频交流电，阻碍高频交流电。电感的作用再用八个字来说那就：“隔交通直，通低阻高。”这八个字是根据“电磁转换”三个字得出来的。 电感是电容的死对头。另外，电感还有这样一个特点：电流和磁场必需同时存在。电流要消失，磁场会消失；磁场要消失，电流会消失；磁场南北极变化，电流正
一设计目的 1.集成运算放大电路当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反 馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系，在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。 2.本课程设计通过Mulitisim编写程序几种运算放大电路仿真程序，通过输入 不同类型与幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证，并利用Protel软件对实现对积累运算放大电路的设计，并最终实现PCB版图形式。二设计工具：计算机，Mulitisim，Protel软件 三设计任务及步骤要求 1)通过Mulitisim编写程序运算放大电路仿真程序，通过输入不同类型与 幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证。输入电压波形可以任意选取，并且可对输入波形的运算进行实时显示，并进行比较； 2)对设计完成的运算放大电路功能验证无误后，通过Protel软件对首先对电 路进行原理图SCH设计，要求：所有运算放大电路在一张原理图上； 输入输出信号需预留接口； 3)设计完成原理图SCH后，利用Protel软件设计完成印制板图PCB，要求：至 少为双层PCB板； 四设计内容 1集成运算放大器放大电路概述
集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。 2集成运放芯片的选取和介绍 由于LM324具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，而本次电子设计实验对精度要求不是非常高,LM324完全满足要求,因此我们这里选用LM 324作为运放元件 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图。 3运放电路基本原理及其Mulitisim仿真 3.1．同相比例运放电路
Current Feedback Amplifiers National Semiconductor Corporation 电流反馈放大器 美国国家半导体公司
Current Feedback Amplifiers 声明： 本文为中国电子网社区https://www.doczj.com/doc/0511786559.html,网友NE5532翻译，在翻译中得到了中国电子网和广大社区网友的帮助，在这里一并致谢。 本文仅供大家学习参考，并不得用于商业目的。 欲索取国家半导体公司的原版资料，请查询国家半导体网站https://www.doczj.com/doc/0511786559.html,模拟技术大学栏目。 西南科技大学（SWUST） 江海波（NE5532） 2004-7
电流反馈放大器 1. The Conventional OP Amp (6) 2. Gain Bandwidth Tradeoff (10) 3. Slew-Rate Limiting (13) 4. The Current-Feedback Amplifier (16) 5. No Gain-Bandwidth Tradeoff (22) 6. Absence of Slew-Rate Limiting (25) 7. Second-Order Effects (27) 8. CF Applications Considerations (32) 9. CF Integrators (34) 10. Stray Input-Capacitance Compensation (36) 11. 译注： (37)
Current Feedback Amplifiers In their effort to approximate the ideal OP amp, manufacturers must not only maximize the open-loop gain and minimize input-referred errors such as offset voltage, bias current, and noise, but must also ensure adequate band-width and settling-time characteristics. Amplifier dynamics are particularly important in applications like high-speed DAC buffers, subranging ADCs, S/H circuits, ATE pin drivers, and video and IF drivers (Reference 1) Being basically voltage-processing devices, OP amps subject to the speed limitations inherent to voltage-mode operation, stemming primarily from the stray capacitances of nodes and the cutoff frequencies of transistors. Particularly severe is the effect of the stray capacitances between the input and output nodes of high-gain inverting stages because of the Miller effect which multiplies the stray capacitance by the voltage gain of the stage. On the other hand, it has long been recognized that current manipulation is inherently faster than voltage manipulation. The effect of stray inductances in a circuit is usually less severe than that of its stray capacitances, and BJTs can switch currents much more rapidly than voltages. These technological reasons form the basis of emitter-coupled logic, bipolar DACs, current conveyors, and the high-speed amplifier topology know as current-feedback (Reference 2) For true current-mode operation, all nodes in the circuit should ideally be kept at fixed voltages to avoid the slow-down effect by their stray capacitances. However, since the output of the amplifier must be a voltage, some form of high-speed voltage-mode operation must also be provided at some point. This is achieved by employing gain configurations that are inherently immune from the Miller effect, such as the common-collector and the cascode configurations, and by driving the nodes with push-pull stages to rapidly charge/discharge their stray capacitances. To ensure symmetric rise and fall times, the NPN and PNP transistors must have comparable characteristics in terns of cutoff frequency . Traditionally, monolithics PNP’s have been plagued by much poorer performance characteristics than their NPN counterparts. However, the recent development of truly complementary high-speed processes makes it possible to achieve monolithics speeds that were hitherto available only in hybrid form. t f The advantages of the current-feedback topology are best appreciated by comparing it against that of the conventional OP amp (Reference 3, Reference 4).
反馈控制电路 一、自动增益控制(AGC) 1、AGC电路的作用与组成 (1) 作用 当输入信号变化时，保证输出信号幅度基本恒定。包括： ①能够产生一个随输入信号大小而变化的控制电压，即AGC电压（±UAGC）； ②利用AGC电压去控制某些级的增益，实现AGC。 (2) 组成——具有AGC电路的接收机框图 2、AGC电压的产生 (1) 平均值式AGC电路 中频信号电压经检波后，除得到所需音频信号之外，还得到一个平
均直流分量。音频信号由RL2两端取出。平均直流分量(反映了输入信号的幅度)从C3两端取出，经低通后，作为AGC电压，加到中放管上去控制中放的增益。
(2) 延迟式AGC电路 V1、R7和C4组成AGC检波电路，运放A为直流放大器，UREF为延迟电平。当输入信号较小时，AGC不起作用。当输入信号较大时,AGC将起作用。可见，该AGC电路具有延迟功能
3、实现AGC的方法 (1) 改变发射极电流IE 正向AGC 反向AGC (2) 改变放大器负载 由于放大器的增益与负载密切相关，因此通过改变负载就可以控制放大器的增益 。 (3) 改变放大器的负反馈深度 通过控制负反馈的深度来控制放大器的增益。
6.2 自动频率控制（AFC） 1、AFC的工作原理 2、组成 3、工作原理 4、AFC的应用：调幅接收机中的AFC系统 具有AFC电路的调频发射机一、AFC——电路组成
作用：自动控制振荡器频率稳定 组成：鉴相器、低通滤波器和压控振荡器 标准频率fr；输出频率fo；误差电压uD(t) ；直流控制电压 uC(t)。 二、AFC——工作原理 压控振荡器的输出频率fo与标准频率fr在鉴频器中进行比较，当fo=fr时，鉴频器无输出，压控振荡器不受影响；当fo≠fr时，鉴频器即有误差电压输出，其大小正比于(fo－fr)，经低通滤波器滤除交流成分后，输出的直流控制电压uc(t)，加到压控振荡器上，迫使压控振荡器的振荡频率fo与fr接近，而后在新的振荡频率基础上，再经历上述同样的过程，使误差频率进一步减小，如此循环下去，最后fo和fr的误差减小到某一最小值△f时，自动微调过程停止，环路
运放设计原理 一、集成电路及其特点 集成电路是利用氧化，光刻，扩散，外延，蒸铝等集成工艺，把晶体管，电阻，导线等集中制作在一小块半导体（硅）基片上，构成一个完整的电路。按功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，其中集成电路运算放大器（线性集成电路，以下简称集成运放）是模拟集成电路中应用最广泛的，它实质上是一个高增益的直接耦合多级放大电路。 集成电路的特点 1．单个元件精度不高，受温度影响也大，但元器件的性能参数比较一致，对 称性好。适合于组成差动电路。 2．阻值太高或太低的电阻不易制造，在集成电路中管子用得多而电阻用得少。 3．大电容和电感不易制造，多级放大电路都用直接耦合。 4. 在集成电路中，为了不使工艺复杂，尽量采用单一类型的管子，元件种类也 要少所以，集成电路在形式上和分立元件电路相比有很大的差别和特点。常用 二极管和三极管组成的恒流源和电流源代替大的集电极电阻和提供微小的偏量 电流，二极管用三极管的发射结代替 5．在集成电路中，NPN管都做成纵向管，β大；PNP管都做成横向管，β小 而PN结耐压高。NPN管和PNP管无法配对使用。对PNP管，β和（β+1） 差别大，I B往往不能忽略。 二、集成运放电路的组成及各部分的作用 1．组成
2．作用 如图所示，集成运放电路由四部分组成，输入级是一个双端输入的高性能差动放大电阻，要求其R i高，A od大，K CMR大，静态电流小，该级的好坏直接影响集成运放的大多数性能参数，所以更新变化最多。中间级的作用是使集成运放具有较强的放大能力，故多采用复合管做放大管，以电流源做集电极负载。输出级要求具有线性范围宽，输出电阻小，非线性失真小等特点。偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点 三、集成运放的电压传输特性 1.符号 同相输入端表示输入电压与输出电压相位相同，若u P >0，则u O >0；u P <0，则u O <0. 反相输入端表示输入电压与输出电压相位相反，若u N >0，则u O <0;反之u N <0，则u O >0. 2.电压的传输特性
1.1 运放的典型设计和应用 1.1.1 运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图5.2 有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用
图5.3 电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而 () 421 2020 V4-Vref V5V R R R ++? =； ()019 1819 0-V2 V3++?=R R R ; 有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=- 当参考电压Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6Ωk ,电流恒定输出0.5mA 。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。
1.电压反馈放大器与电流反馈放大器的区别： 1.带宽VS增益 电压反馈型放大器的-3DB带宽由R1、Rf和跨导gm共同决定，这就是所谓的增益帯宽积的概念，增益增大，带宽成比例下降。同时运放的稳定性有输入阻抗R1和反馈阻抗Rf共同决定。而对于电流反馈型运放，它的增益和带宽是相互独立的，其-3DB带宽仅由Rf决定，可以通过设定Rf得到不同的带宽。再设定R1得到不同的增益。同时，其稳定性也仅受Rf影响。 2.反馈电阻的取值 电流型运放的反馈电阻应根据数据手册在一个特定的范围内选取，而电压反馈型的反馈电阻的选取就相对而言宽松许多。需要注意的是电容的阻抗随着频率的升高而降低，因而在电流反馈放大器的反馈回路中应谨慎使用纯电容性回路，一些在电压反馈型放大器中应用广泛的电路在电流反馈型放大器中可能导致振荡。比如在电压反馈型放大器我们常会在反馈电阻Rf上并联一个电容Cf来限制运放的带宽从而减少运放的带宽噪声（Cf也常常可以帮助电压反馈型放大器稳定），这些如果运用到电流反馈放大器上，则十有八九会使你的电路振荡。 3.压摆率 当信号较大时，压摆率常常比带宽更占据主导地位，比如同样用单位增益为280MHZ的放大器来缓冲10MHZ，5V的信号，电流反馈放大器能轻松完成，而电压反馈放大器的输出将呈现三角波，这是压
摆率不足的典型表现。通常来说，电压反馈放大器的压摆率在500V每us,而电流反馈放大器拥有数千V每us. 4.如何选择两类芯片 a,在低速精密信号处理中，基本看不到电流反馈放大器的身影，因为其直流精度远不如精密电压反馈放大器。 b.在高速信号处理中，应考虑设计中所需要的压摆率和增益帯宽积；一般而言，电压反馈放大器在10MHZ以下，低增益和小信号条件下会拥有更好的直流精度和失真性能；而电流反馈放大器在10MHZ以上，高增益和大信号调理中表现出更好的带宽和失真度。当下面两种情况出现一种时，你就需要考虑一下选择电流反馈放大器：1，噪声增益大于4；2，信号频率大于10MHZ。 编辑本段2.应用时需要注意的问 1、电流反馈型放大器不能用做积分器 2、电流反馈型放大器在反馈电阻两端不能用并联电容的方法消除振荡 3、电流反馈型放大器的输出和反向输入端不能跨接电容 4、电流型反馈放大器的反馈误差量是运放负管脚的电流值，Vout=Zt×In 5、电流型反馈放大器的反馈电阻不能选择过大的值 6、电流型反馈放大器的反馈阻值会影响放大的稳定性和带宽 7、电流型反馈放大器不能用作电压跟随器的接法 8、电流型反馈放大器的压摆率比较高 9、电流型反馈放大器无增益带宽积这一个参数10、电流型反馈放大器的增益和闭环带宽可以分别的设置11、反馈电阻有一个最佳值，既可以保证最大带宽，也可以保证稳定的放大的不振荡。
1.1运放的典型设计和应用 1.1.1运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用 R785K1 ACH_BF1 FREN1 U85PS2801-1 1 2 4 3 R273 1K R274 1K C213 22nF FREN1 R292 200K - + U87B LM393DR2G 5 6 7 R275 1K 图电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A（上图中上边的运放）有：V5 V3=；
基本运算放大器电路设计
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武汉理工大学 开放性实验报告 （A类） 项目名称：基本运算放大器电路设计实验室名称：创新实验室 学生姓名：**
创新实验项目报告书 实验名称基本运算放大器电路设计日期2018.1.14 姓名** 专业电子信息工程 一、实验目的（详细指明输入输出） 1、采用LM324集成运放完成反相放大器与加法器设计 2、电源为单5V供电，输入输出阻抗均为50Ω，测试负载为50Ω输出误差 不大于5% 3、输入正弦信号峰峰值V1≤50mV,V2=1V，输出为-10V1+V2. 二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页) 通过使用LM324来设计反相放大器和加法器，因为每一个芯片内都有4个运放，所以我们就是使用其内部的运放来连接成运算放大器电路。 我们采用两个芯片串联的方式进行芯片的级联。对于反相放大器，输出电压Vo=-Rf/R1*Vi；对于同相加法器，Vo=(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)。 由于对该运放使用单电源5V供电，故需要对整个电路的共地端进行 2.5V 的直流偏置。为实现2.5V的共地端，在这里采用了电压跟随器的运放模型。2.5V 的分压点用两个相同100k的电阻进行分压，并根据经验选取了一个10uF的极性电容并联在2.5V分压点处，起滤除电源噪声的作用。最终由电压跟随器输出端作为后面电路的共地端。同样为使反相放大器能够放大10倍，有-Rf/R1=-10,即Rf=10R1,可取R1=10kΩ，Rf=100kΩ，则R2=R1//Rf。对于加法器，有R1=R2=Rf,均取为100kΩ，则R=100kΩ。
■ 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C p 和外部反馈电阻 R 2决定，而与增益设置电阻R 1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–R 2/R 1。在此结构中，电阻作为反馈器件，可以对网络产生反作用。 信号增益211R R =+ 信号增益21R R ?= 噪声增益211R R =+ 噪声增益211R R =+ 对于VFB 运放：闭环BW= u CL f f G = 图1.18 反相和同相模式下的噪声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R 3，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。 单位增益带宽频率 噪声增益
运算放大器设计 电子竞赛初赛设计方案姓名：刘俊贤学号：班级： 2019301951 08031301 实验一：用集成运放设计一个能实现V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3) 的加法电路 一．实验要求 用集成运放设计一个能实现V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3)的加法电路。设计步骤： （1）根据已知条件，确定电路方案，计算并选取各电路元件参数； （2）在输出波形不失真的情况下，测量输入、输出波形的幅度，使之满足设计要求 二．实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大器件。当外界接入线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 在大多数情况下，将运放看成是理想的，有以下三条基本结论: （1）开环电压增益Av=∞。 （2）运算放大器的两个输入端电压近似相等，即V+ = V-，成为虚短。（3）运算放大器同相和反相两个输入端电流可视为0，成为虚断。 三．实验分析设计 题目要求设计能实现 V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3) U0Ui .. 的加法电路，分析得： （1）输出与输入反相，则采用反相加法运算电路。（2）由基本反相比例放大器的增益公式Auf= =- RfR1
可进一步推出反相加法 运算公式u=-(Rfu+Rfu+Rfu)，则Rf=4 Rf=3 Rf=2，所以设计 0i1i2i3 R1R2R3R1R2R3 Rf=120kΩ,R1=30kΩ,R2=40kΩ,R3=60kΩ （3）Vi1=100mV,Vi2=200mV,Vi3=300mV,三者频率都为1kHz的正弦信号，使输出波形不失真，观察并记录结果。反相加法运算电路如下图所示： 四、仿真结果 理论计算（峰值）： u0=-(4*100+3*200+2*300)=1600mV 实验测得（峰值）： ' u0=1.590V ' u0≈u0 所以该设计较合理。 实验二 RC文氏桥振荡器输出正弦波 一、实验要求 根据文氏电桥振荡电路原理，设计一个正弦波发生器电路。设计任务： (1) 输出正弦波的振荡频率为1KHZ； (2) 振荡频率的测量值与理论值的相对误差 二、实验原理 文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路，它是一种较好的正弦波产生电路，适用于频率小于1MHz，频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。 从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，为了产生正弦波，必须在放大电路中加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构
运放内部电路结构涉及知识点讲解 专栏介绍本课程为运放专题讲解，重点讲解了运放的内部电路结构，帮助深入理解运放的工作原理。运放是设计使用非常频繁且非常重要器件，通常在信号放大，电流采样电路里常见，对于初学者经常感到困惑，所以掌握好能够帮助你很好的分析电路，使你在处理信号电路设计时得心应手，本课程会通过空气净化器项目来带领大家一起学习，让大家快速的成长为一名有经验的能够独立做项目的研发工程师或高级工程师 涉及知识点： 1、什么叫推挽电路？什么叫射极输出？推挽电路为什么能实现电压跟随，电流放大？为什么推挽电路不会出现串红现象？ 2、什么叫运算放大器？为什么说运放在电路设计中有着极其重要的作用。 3、详细讲解运算放大器内部三大结构。 4、详细讲解三极管放大电路，什么叫三极管的Q点，以及Q点如何设置，以及由此引出的直流偏置电路，什么叫交流耦合，交流信号如何传递耦合，输出极性如何？ 5、什么叫差分输入？为什么要引入差分输入，如何提高差分信号的放大能力？ 6、什么叫共模干扰？如何抑制共模干扰？ 7、什么叫反馈，负反馈，反馈的重要作用，详细讲解运放为什么引入深度负反馈才能工作在放大区。为什么说运放的反馈网络是工作稳定的？ 8、详细讲解运放的四种构成形态，电压串联，电压并联，电流串联，电流并联，以及如何判断？ 9、详细讲解为什么引入深度负反馈后的运放有着“虚短”和“虚断”的两个重要特征。 10、如何设计运放放大电路，如何根据“虚短”和“虚断”计算放大倍数。 受众群体有哪些？ 1、如果你还是学生，正厌倦于枯燥的课堂理论课程，想得到电子技术研发的实战经验； 2、如果你即将毕业或已经毕业，想积累一些设计研发经验凭此在激烈竞争的就业大军中脱颖而出，找到一份属于自己理想的高薪工作；
电流反馈型运放 刚开始使用电流反馈型运放时，总会从资料上看到这样的信息：电流反 馈型运放直流特性不好，适合放大高频的交流信号；带宽不因频率增加而减小，也就是没有增益带宽积的概念；再深一点，CFB运放的反馈电阻需为恒定的值。为了弄清楚这些问题，我看过很多英文应用手册。但看完之后，总觉得云里雾里，不知所云。终有一天，认真推导了电流反馈运放传递函数后恍然大悟，从 理论上明白了电流反馈运放的原理。现在整理总结一下我的学习过程，希望对 大家有用。 我们开始研究电流反馈型CFB运放就从下面这个原理框图开始。 首先，CFB运放的输入端不是电压反馈型放大电路的差分输入端，而 是一个从V+到V-输入端的一个增益为的跟随电路，这个增益非常接近于1，实际约为0.996或更高的值，但肯定小于1.00。（如下图所示 的CFB与VFB输入级的对比）这个跟随输入极有一个输出电阻Ri,理 论上这个电阻应该等于0，但实际上为几欧到几十欧的水平。用于反 馈的误差电流信号就从Ri上流过从V-端口流出或流入。关于CFB运 放的输入级以后会专门拿出一小节来分析，且耐心等待。这里只要理
解为电流反馈运放的输入级是一个从V+至V-的跟随器就好了。 (a)VFB运放输入级 (b)CFB运放输入级 误差电流通过镜像到第二级的增益阻抗Z(s)上形成电压。注意，CFB 运放的第二级不是电压增益G，而是互阻增益Z(s)。这是因为运放的输出是电压，而误差信号是个电流，只有通过互阻抗来实现I－V变换。 Rg和Rf是用于设定增益的反馈网络电阻。与VFB运放很相似，很好理解。 ?上一小节从CFB运放的原理框图解释了CFB的内部原理。这一小节我们就来用简单的数学公式推导一下CFB运放的传递函数，从而揭示为什么CFB运放为什么需要固定反馈电阻的值。 还是看着下面的图，请拿出笔来纸来，如果想真正搞明白电流反馈运放的传递函数公式，明白的像电压反馈运放那样的话，一定拿出笔来，一步一步的推导。
运放的失调电流与失调电压 先来介绍下失调电流与电压 如果运放两个输入端上的电压均为0V，则输出端电压也应该等于0V。但事实上，输出端总有一些电压，该电压称为失调电压VOS。如果将输出端的失调电压除以电路的噪声增益，得到结果称为输入失调电压或输入参考失调电压。这个特性在数据表中通常以VOS给出。VOS被等效成一个与运放反相输入端串联的电压源。必须对放大器的两个输入端施加差分电压，以产生0V输出。 VOS随着温度的变化而改变，这种现象称为漂移，漂移的大小随时间而变化。漂移的温度系数TCVOS通常会在数据表中给出，但一些运放数据表仅提供可保证器件在工作温度范围内安全工作的第二大或者最大的VOS。这种规范的可信度稍差，因为TCVOS可能是不恒定 的，或者是非单调变化的。 VOS漂移或者老化通常以mV/月或者mV/1,000小时来定义。但这个非线性函数与器件已使 用时间的平方根成正比。例如，老化速度1mV/1,000小时可转化为大约3mV/年，而不是9mV/ 年。老化速度并不总是在数据表中给出，即便是高精度运放。 理想运放的输入阻抗无穷大，因此不会有电流流入输入端。但是，在输入级中使用双极结晶体管(BJT)的真实运放需要一些工作电流，该电流称为偏置电流(IB)。通常有两个偏置电流：IB+和IB-，它们分别流入两个输入端。IB值的范围很大，特殊类型运放的偏置电流低至60fA(大约每3μs通过一个电子)，而一些高速运放的偏置电流可高达几十mA。 单片运放的制造工艺趋于使电压反馈运放的两个偏置电流相等，但不能保证两个偏置电流相等。在电流反馈运放中，输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。这两个偏置电流之差为输入失调电流IOS，通常情况下IOS很小。
使用双电源的运放交流放大电路 为了使运放在零输入时零输出，运放的内部电路是按使用双电源的要求来设计的。运放交流放大电路采用 双电源供电，可以增大动态范围。 1．1．1 双电源同相输入式交流放大电路 图1是使用双电源的同相输入式交流放大电路。两组电源电压VCC和VEE相等。C1和C2为输入和输出耦合电容；R1使运放同相输入端形成直流通路，内部的差分管得到必要的输入偏置电流；RF引入直流和交流负反馈，并使集成运放反相输入端形成直流通路，内部的差分管得到必要的输入偏置电流；由于C隔直流，使直流形成全反馈，交流通过R和C分流，形成交流部分反馈，为电压串联负反馈。引入直流全反馈和交流部分反馈后，可在交流电压增益较大时，仍能够使直流电压增益很小(为1倍)，从而避免输入失 调电流造成运放的饱和。 无信号输入时，运放输出端的电压V0≈0V，交流放大电路的输出电压U0=0V；交流信号输入时，运放输出端的电压V0在-VEE～+VCC之间变化，通过C2输出放大的交流信号，输出电压uo的幅值近似为VCC(V CC=VEE)。引入深度电压串联负反馈后，放大电路的电压增益为放大电路输入电阻Ri=R1／／γif。γif是运放引入串联负反馈后的闭环输入电阻。γif很大，所以Ri=R1／γif≈R1；放大电路的输出电阻R0=γof≈0，γof是运放引入电压负反馈后的闭环输出电阻，rof很小。 1．1．2 双电源反相输入式交流放大电路 图2是使用双电源的反相输入式交流放大电路。两组电源电压VCC和VEE相等。RF引入直流和交流负反馈，C1隔直流，使直流形成全反馈，交流通过R和C1分流，形成交流部分反馈，为电压并联负反馈。为了减小运放输入偏置电流造成的零点漂移，可以选择R1=RF。引入深度电压并联负反馈后，放大电路的电 压增益为因为运放反相输入端"虚地"，所以放大电路的输入电阻Ri≈R；放大电 路的输出电R0=r0f≈0。
电流反馈运放大器工作原理的问题 问：与普通运放相比，我不太明白电流反馈运放如何工作?我听说电流反馈运放带宽恒定，不随增益变化而改变，那是怎么实现的?它与互阻放大器是否一样? 答：在考察电路之前，我们先给电压反馈运放(VFA)、电流反馈运放(CFA)和互阻放大器这三个概念下定义。顾名思义，电压反馈是指一种误差信号为电压形式的闭环结构。传统运放都用电压反馈，即它们的输入对电压变化有响应，从而产生一个相应的输出电压。电流反馈是指用作反馈的误差信号为电流形式的闭环结构。CFA其中一个输入端对误差电流有响应，而不是对误差电压有响应，最后产生相应的输出电压。应该注意的是两种运放的开环结构具有相同的闭环结果：差动输入电压为0，输入电流为0。理想的电压反馈运放有两个高阻抗输入端，从而使输入电流为0，用电压反馈来保持输入电压为0。相反，CFA 有一个低阻抗输入端，从而使输入电压为0，用电流反馈来保持输入电流为0。互阻放大器的传递函数表示为输出电压对输入电流之比，从而表明开环增益 Vo/Iin用欧姆(Ω)表示。因此，CFA可称作互阻放大器。有趣的是，利用VFA 闭环结构也可构成互阻特性，只要用电流(如来自光电二极管的电流)驱动低阻求和节点，就可产生一个电压输出，其输出电压等于输入电流与反馈电阻的乘积。更有趣的是，既然理想情况下，任何一个运放应用电路都可以用电压反馈或电流反馈来实现，那么用电流反馈也能实现上面的I V变换。所以在用互阻放大器这一概念时，要理解电流反馈运放与普通运放闭环I V变换电路之间的差别，因为后者也可表现出类似的互阻特性先看VFA的简化模型(见图1)，同相增益放大器电路以开环增益A(s)放大同相放大原理图 波特图图1 VFA的简化模型差模电压(VIN+-VIN-)，通过RF和RG构成的分压电路把输出电压的一部分反馈到反相输入端。为推导出该电路的闭环传递函数VO/VIN+，假设流入运放输入端的电流为0(输入阻抗无穷大)；两个输入端民位近似相等(接成负反馈且开环增益很高)。这样可得： VO=(VIN+-VIN-)A(s)，