Усилители с токовой обратной связью (current feedback)
Основным преимуществом усилителей с токовой обратной связью является широкая рабочая полоса частот. Все рассмотренные ранее усилители используют обратную связь по напряжению, коэффициент усиления без обратной связи которых начинает падать даже при совсем низких частотах (зачастую от 10 Гц) со скоростью спада в 20 дБ на декаду. Такое их поведение приводит к большим погрешностям на высоких частотах. Из рис. 5 видно, что усилители с обратной связью по напряжению имеют большой спад по усилению на высоких частотах, в то время, как коэффициент усиления ОУ с ОС по току сохраняют коэффициент усиления на этих частотах.
Усилители с обратной связью по напряжению вынуждены работать в частотной области, где их коэффициент усиления падает, т.к. коэффициент усиления ОУ с разомкнутой петлей ОС начинает падать уже на небольших частотах. Усилители с обратной связью по току не имеют таких ограничений, поэтому они обеспечивают наименьшие искажения. Скорость спада усиления примерно одинакова для обоих типов усилителей; для усилителей с ОС по току она выглядит более «крутой» только благодаря другому масштабу оси частот. Модель, изображенная на рис. 6 отображает тот факт, что в усилителях с ОС по току взамен коэффициента усиления используется трансимпеданс. Входной ток «отображается» на выходной каскад и буферизуется им. Такая конфигура-
ция обеспечивает максимальную полосу рабочих частот среди ИС, использующих одинаковый технологический процесс. Обычно усилители с ОС по току строятся на базе биполярных транзисторов, т.к. типовая сфера их применения — высокоскоростные коммуникации, видео и т.д., как правило, не требует высоких входных импедансов и размаха выходных напряжений
равного питающему напряжению (rail-to-rail). Обратите внимание, что инвертирующий вход связан с выходным каскадом буфера; поэтому он имеет очень низкий импеданс, по порядку равный выходному импедансу эмиттерного повторителя. Неинвертирующий вход является входом буфера, поэтому он обладает высоким импедансом. У усилителя с обратной связью по
напряжению входы подаются на базо-эмиттерные переходы фазоинвертора (дифференциального каскада, запитанно-го источником тока). Точное согласование транзисторов дифференциального каскада позволяет минимизировать входные токи и напряжения смещения, и в этом плане усилитель с обратной связью по напряжению имеет большое
преимущество. Согласование входных и выходных цепей буфера является непосильной задачей, поэтому усилители с токовой обратной связью не бывают прецизионными. Основное их назначение — высокоскоростные схемы, если для усилителей с ОС по напряжению пределом являются частоты в примерно 400 МГц, то усилители с токовой связью имеют рабочую полосу до нескольких гигагерц. Ниже мы рассмотрим исключение из этого правила — особый класс усилителей с ОС по напряжению, носящий название широкополосных усилителей с фиксированным коэффициентом усиления (WFGA). Что касается усилителей с токовой ОС, то типовым рабочим диапазоном для них является область от примерно 25 МГц до нескольких ГГц. Однако, при использовании таких усилителей следует иметь в виду одну их важную особенность. При разработке высокочастотных схем многие разработчики уповают на снижение уси-
ления при росте частоты как на фактор стабильности, справедливо полагая, что схема с усилением меньше единицы по умолчанию стабильна. Но это справедливо лишь для усилителей с ОС по напряжению, ОУ с токовой обратной связью сохраняют коэффициент усиления при росте частоты. Поэтому схемы, разработанные на базе усилителей с ОС по напряжению и стабильно работающие с ними, часто становятся нестабильными при переходе на усилители с ОС по току. Более того, вход и резистор ОС усилителя с токовой ОС чувствительны к паразитным емкостям, поэтому следует уделять повышенное внимание разводке платы. Для макетирования рекомендуется использовать предлагаемые производителями отладочные платы (evaluation boards).
|
