电流反馈型运放原理分析和问题解析
运放的原理
运放的工作原理解析与特性分析
运放（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子器件，常用于模拟电路和信号处理中。
其原理基于差分放大器和反馈机制，以下是运放的基本工作原理：
1.差分放大器：
运放的核心是差分放大器，由两个输入端和一个输出端组成。
两个输入端分别为非反相输入端（+）和反相输入端（-）。
当差分输入信号作用于运放时，输出端会放大并输出差分信号的放大倍数。
2.高增益：
运放具有非常高的开环增益，通常可以达到几十至几百万倍，这意味着即使输入信号非常微弱，运放也能够将其放大到较大的幅度。
3.反馈机制：
运放的输出信号可以通过反馈电路回馈到输入端，实现反馈控制。
负反馈是最常用的反馈方式，其中输出信号与输入信号之间的差异被反馈回运放的反相输入端。
通过适当选择反馈电路的元件值，可以调节运放的增益、频率响应、稳定性和线性性能。
4.输入阻抗和输出阻抗：
运放具有高输入阻抗和低输出阻抗的特性，使其能够与其他电路或设备进行有效的连接和信号传递。
5.基本运算功能：
运放还提供了多种基本运算功能，如加法、减法、乘法、积分和微分等，这些功能可以通过适当的电路连接和反馈实现。
总的来说，运放的工作原理是通过差分放大器和反馈机制，将输入信号放大并以精确控制的方式输出，以满足各种电路和信号处理的需求。
运放电路的工作原理
运放电路的工作原理运放电路是一种广泛应用于电子电路中的集成电路，它具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益和宽带特性。
运放电路在各种电子设备中都有着重要的作用，比如放大电路、滤波电路、比较电路等。
那么，运放电路是如何实现这些功能的呢？接下来我们将深入探讨运放电路的工作原理。
首先，我们来了解一下运放电路的基本结构。
运放电路由输入端、输出端、电源端和反馈网络组成。
其中，输入端通常包括一个非反相输入端和一个反相输入端，输出端则输出放大后的信号，电源端提供工作电压，反馈网络则用于控制运放的增益和频率特性。
运放电路的工作原理可以用简单的反馈控制理论来解释。
在一个典型的反馈电路中，输出信号会被反馈到输入端，通过反馈网络调节输入端的信号，从而控制输出端的信号。
这种反馈机制可以使运放电路具有稳定的工作特性和精确的控制能力。
在放大电路中，运放电路通过控制输入信号和反馈信号的比例来放大输入信号。
当输入信号进入非反相输入端时，输出端会输出一个放大后的信号。
通过调节反馈网络的参数，可以控制放大倍数和频率响应，从而实现对输入信号的精确放大。
在滤波电路中，运放电路可以通过反馈网络来实现对特定频率范围的信号进行滤波。
通过选择合适的电容和电感参数，可以设计出低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等不同类型的滤波电路，从而满足不同应用场景的需求。
在比较电路中，运放电路可以通过比较两个输入信号的大小来输出一个对应的逻辑电平。
这种比较功能在模拟信号处理和数字信号处理中都有着重要的应用，比如在模拟信号的采样保持电路中，可以利用运放电路来实现对输入信号的采样和保持。
总的来说，运放电路通过精确的反馈控制机制，实现了在电子电路中的多种功能，包括信号放大、滤波、比较等。
它的工作原理基于反馈控制理论，通过精确的设计和调节，可以实现对输入信号的精确处理和控制。
因此，运放电路在现代电子领域中具有着广泛的应用前景，对于提高电子设备的性能和功能起着至关重要的作用。
电流反馈运算放大器的原理及应用
电流反馈运算放大器的原理及应用北京航空航天大学1—12信箱(100083) 郭荣祥郭吉祥北京市英赛尔器件集团(100044)高工摘要：介绍了电流反馈运算放大器(CFA)的原理、特性、应用考虑及典型器件。
关键词：电流反馈运算放大器(CFA) 电压反馈运算放大器(VFA)1 概述世纪之交，随着通信和多媒体技术的迅猛发展，对高速集成电路的要求不断提高。
用电流模技术制造的电流反馈运算放大器(CFA)应运而生，以其独特的性能，赢得了电子工程师们的极大关注。
CFA与传统的电压反馈运算放大器(VFA)相比具有许多优点，最主要的特点是CFA的输入级抛弃了差动电路，而采用互补跟随电路，提高了输入级转换速率；CFA的闭环带宽与增益无关，不存在增益带宽积的限制。
除了结构设计考虑之外，制造工艺的改进也是十分重要的。
目前高速CFA和VFA一般都采用流行的互补双极型(CB)工艺。
近年来美国ADI公司推出了最新专利技术——介质隔离超高速互补双极型(XFCB)工艺，促使CFA器件和应用发展到一个新阶段。
XFCB与CB工艺相比，器件速度更快，是CB工艺的5倍，供电电源低，仅要求±6V。
功率为CB工艺的1/8，高集成度、小尺寸使XFCB工艺生产的芯片成本与CB工艺相当。
用XFCB工艺生产的CFA(AD8009)转换速率(SR)达到4500V/μs，-3dB单位增益带宽(fu)最小为1000MHz，而用XFCB生产的VFA(AD9632)SR为1200V/μs，-3dB 单位增带宽为250MHz，可见用XFCB工艺制造的CFA可以获得比VFA高得多的性能。
对转换速率、大信号带宽要求较高的场合，通常用CFA代替VFA。
2 CFA的工作原理及特性CFA的工作原理图如图1所示，同相输入端具有很高的输入阻抗，其输入信号通过互补射极跟随器Q1和Q2，直接缓冲输出到反相输入端。
由于发射极电阻很小，所以反相输入端阻抗很低(一般为10～100Ω)。
运放参数的详细解释和分析
输入偏置电流和输入失调电流一般运放的datasheet中会列出众多的运放参数，有些易于理解，我们常关注，有些可能会被忽略了。
在接下来的一些主题里，将对每一个参数进行详细的说明和分析。
力求在原理和对应用的影响上把运放参数阐述清楚。
由于本人的水平有限，写的博文中难免有些疏漏，希望大家批评指正。
第一节要说明的是运放的输入偏置电流Ib和输入失调电流iOS.众说周知，理想运放是没有输入偏置电流Ib和输入失调电流Ios.的。
但每一颗实际运放都会有输入偏置电流Ib和输入失调电流Ios.我们可以用下图中的模型来说明它们的定义。
输入偏置电流Ib是由于运放两个输入极都有漏电流（我们暂且称之为漏电流）的存在。
我们可以理解为，理想运放的各个输入端都串联进了一个电流源，这两个电流源的电流值一般为不相同。
也就是说，实际的运入，会有电流流入或流出运放的输入端的（与理想运放的虚断不太一样）。
那么输入偏置电流就定义这两个电流的平均值，这个很好理解。
输入失调电流呢，就定义为两个电流的差。
说完定义，下面我们要深究一下这个电流的来源。
那我们就要看一下运入的输入级了，运放的输入级一般采用差分输入（电压反馈运放）。
采用的管子，要么是三级管bipolar，要么是场效应管FET。
如下图所示，对于bipolar,要使其工作在线性区，就要给基极提供偏置电压，或者说要有比较大的基极电流，也就是常说的，三极管是电流控制器件。
那么其偏置电流就来源于输入级的三极管的基极电流，由于工艺上很难做到两个管子的完全匹配，所以这两个管子Q1和Q2的基极电流总是有这么点差别，也就是输入的失调电流。
Bipolar输入的运放这两个值还是很可观的，也就是说是比较大的，进行电路设计时，不得不考虑的。
而对于FET输入的运放，由于其是电压控制电流器件，可以说它的栅极电流是很小很小的，一般会在fA级，但不幸的是，它的每个输入引脚都有一对ESD保护二极管。
这两个二极管都是有漏电流的，这个漏电流一般会比FET的栅极电流大的多，这也成为了FET输入运放的偏置电流的来源。
运放电路的工作原理
运放电路的工作原理
运放电路是一种常用的电子电路，它可以放大电压信号、电流
信号或功率信号。
运放电路通常由运算放大器（简称运放）和外部
电阻、电容等元件组成。
运放电路的工作原理是利用运算放大器的
高增益特性和反馈原理来实现信号放大、滤波、比较、积分等功能。
运放电路的基本原理是利用运算放大器的高增益特性来放大输
入信号。
运算放大器是一种高增益、差分输入、单端输出的电子元件，它的输入阻抗非常高，输出阻抗非常低，可以理想地放大输入
信号。
运放电路通常由运算放大器、反馈电阻和输入电阻组成。
通
过合理选择反馈电阻和输入电阻的数值，可以实现不同的放大倍数
和功能。
运放电路的工作原理还涉及到反馈原理。
在运放电路中，通过
反馈电阻将部分输出信号反馈到运算放大器的负输入端，从而控制
输出信号。
负反馈可以改善运放电路的线性度、稳定性和频率特性，使其更加可靠和精确。
运放电路可以实现多种功能，如放大、滤波、比较、积分等。
通过合理设计电路结构和选择元件数值，可以实现不同的功能。
例
如，通过串联电阻和电容可以实现滤波功能，通过比较电路可以实
现比较功能，通过积分电路可以实现积分功能。
总之，运放电路是一种常用的电子电路，它利用运算放大器的
高增益特性和反馈原理来实现信号放大、滤波、比较、积分等功能。
合理设计电路结构和选择元件数值可以实现不同的功能。
运放电路
在电子电路中有着广泛的应用，是现代电子技术中不可或缺的重要
组成部分。
运放的原理
运放的原理
首先，让我们来了解一下运放的基本结构。
运放通常由一个差动输入级、一个差动对输入级、一个差动放大级和一个输出级组成。
差动输入级用来实现输入信号的差分放大，差动对输入级用来实现输入信号的放大和滤波，差动放大级用来实现信号的放大，输出级用来实现信号的输出。
这种结构使得运放具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，从而使其在电子电路中具有重要的作用。
其次，让我们来了解一下运放的工作原理。
运放的工作原理主要是利用了反馈的原理。
在运放电路中，一般会采用负反馈或正反馈。
负反馈可以使运放的输出电压稳定，增大输入电阻，减小输出电阻，提高频率特性等；正反馈则可以使运放的输出电压不稳定，减小输入电阻，增大输出电阻，降低频率特性等。
通过合理地设计反馈电路，可以使运放在电子电路中发挥出理想的放大、滤波、积分、微分等功能。
最后，让我们来了解一下运放的常见应用场景。
运放广泛应用于各种电子设备中，例如放大器、滤波器、积分器、微分器、比较器、振荡器等。
在放大器中，运放可以实现信号的放大和滤波；在滤波器中，运放可以实现信号的滤波和增益；在积分器和微分器中，运放可以实现信号的积分和微分；在比较器中，运放可以实现信号的比较；在振荡器中，运放可以实现信号的振荡。
可以说，运放在电子电路中有着非常重要的作用，是不可或缺的元件之一。
综上所述，运放作为一种重要的电子元件，具有着广泛的应用前景。
通过深入了解其原理和工作方式，我们可以更好地应用它于实际电子电路中，从而实现更加精确、稳定和高效的电子设备。
希望本文对您有所帮助，谢谢阅读！。
如何区分运放反馈是电压还是电流反馈？
如何区分运放反馈是电压还是电流反馈？应该如何描述和称呼某些类型的反馈，这个问题一直困扰着我。
这不仅仅是一种无聊的空想。
我知道至少有一次公开的“战火”，引发的原因我认为就是从这些反馈特征中引出了错误的推论。
那么，反馈到底是什么？一种回答是它指的是一种过程，即检测想要影响的某种信号，并将其一部分反馈到电路中前面的某个点，从而可以施加某种控制。
图1示出了两种信号路线的四种经典电路：放大器的反馈和激励。
我们说反馈源要么是并联导出（负载两端的电压），要么是串联导出（通过负载的电流，表现为与负载串联的阻抗两端的电压）。
我们还谈到串联和并联反馈，其中的信号与激励信号串联或并联。
在“并联”情况下，两个信号在反相输入端会合，非反相输入端接地。
在“串联”情况下，激励施加到非反相输入端并反馈到反相输入端。
请注意我绘制和指定激励信号源Sp 和Sm的方式有些模糊，我是故意这么做的，因为它们本来都是不理想的。
我的意思是，它们可以被认为是与阻抗串联的理想电压源，或与阻抗并联的理想电流源。
图1：两种信号路线的四种经典电路。
现在来看图2。
选择适当的阻抗值Zt和Zb，以及源信号电平Sp 和Sm，我们可以实现图1中四个电路的任意一个。
现在我们使用图2中更通用的电路。
图2：使用更通用的电路。
我们要看的第一种情况是串联应用（与导出类型无关）。
源Sp具有非零输出，而Sm是零输出。
因此，Sm只是一个通过其固有阻抗Zm的到地的连接。
放大器输出通过Rf-Rg-Zm网络发送电流。
真实的运算放大器，比如老牌的TL072，可以接受输入电流几乎为零的情况。
与所有运算放大器一样，其输入级的信号输出是最终控制其输出电压的电流。
在这种情况下，电流来自运算放大器本身，并受两个（激励和反馈）输入电压之间的压差控制。
传统上，这显然是电压反馈，一个电压信号被反馈到反相输入端，并在那里进行控制。
在这个控制点，进入放大器的电流可以忽略不计。
现在来看并联反馈。
让我们翻转信号源，即Sm现在具有非零输出，而Sp被归零。
电流反馈运放大器工作原理问与答
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IV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IV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
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
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专业资料
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
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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。
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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。
(1)对 V-输入端建立 KCL 方程，可得下式，这一步很容易理解。
对方程进行整以，乘以 Rf，并移相把 V-移到右边，得到方程式 1：
（方程式 1） (2)又由于 V+输入端到 V-输入端是一个增益为 ，输出阻抗为 Ri 的跟 随电路。
可以得到 V-输入端的电压值：
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（方程式 2）
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(3)又由于运放的输出电压等于，误差电流 Ierr 乘以第二级的互阻抗：
这样我们得到下面的误差电流的表达式： （方程式 3）
(4)将方程式 2 和方程式 3 代入方程式 1 得到下式：
(5)对上式进行整理得出 Vo/V+, 即电流反馈 CFB 运放的闭环增益：
到了上面的这一步，推导成功了一大半了。
请再耐心的分析一下，我们
用 CFB 理想模型来简化上式：其中 简写为：
，Ri=0。
则上式就可以
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其中
为外部电组网络构成的电压反馈系数。
之所以这
样写是方便与电压反馈型运放进行对比。
到这里，我们可以放下笔，仔
细端详一下这个公式，并联想一下 VFB 运放的传递函数，还没看出门道，
那就再看看。
要知后事如何，请听下回分解。
这一小节我们将回顾电压反馈型运放的传递函数的特性，并与电
流反馈 CFB 运放的传递函数与相对比。
最后阐述 VFB 运放存在增益带宽
积 GBW 的根本原因。
且向下看：
我们先回顾一下电压反馈型运放的传递函数，也就是闭环增益：
其中第二步到第三步的变化就是将分子分母同进除以 AF，(AF 也称之为 放大电路的环路增益)。
我们将 VFB 运放的闭环增益方程与 CFB 运放的 闭环增益方程放在一起进行对比，
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仔细端详上面的式子，分子上都一样，不同的是分母上的部分。
我们把 VFB 的分母中的 AF 称之为环路增益，也是我们管他们叫这个，而是他们 本来就是环路增益。
因此 CFB 运放的 Z(s)/Rf，也就是 CFB 运放的环路 增益 loop Gain。
下面我们就仔细分析一下运放的环路增益，并揭示 VFB 运放的增益带宽 积的本质。
记得在大学学模电时，学到 VFB 闭环增益时，会这样讲，AF 相对于 1 是一个很大的值。
因此 1/AF 的近似为 0，则增益就近似等于 1/F。
也就是外部电阻设定的增益值。
但上面忽略了一个问题，就是运 放的开环增益会随着频率的升高而降低，如下图：
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因此随着频率的增加开环增益总能下降到与反馈系数 1/F 的倒数相同的 时候。
此时的 AF=1，并且对于不同的反向系数 F（也就是不同的闭环设 定增益），使 AF=1 的频率也不同。
此时的闭环增益如下式，看上去， 增益下降为设定增益的 1/F 二分之一了。
这一个点就是放大电路的闭环 带宽。
本质由运放的开环增益随频率上升而下降所决定的。
这一小节我们将深入分析 CFB 运放的传递函数，并从环路增益出
发，阐述 CFB 运放的带宽与反馈系数 F 无关。
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对于 CFB 运放的环路增益为 Z(s)/Rf，如果我们假设 Z(s)在任何频率都 是恒定的。
只要选定 Rf，则 CFB 运放的环路增益也会是恒定的，如下式：
当然 Z(s)也不可能是完全恒定的，它也有像 VFB 运放开环增益 Aol 的特 性，如下图是电流反馈运放的互阻抗的曲线。
只是它的主极点频率偏高。
当 Rf（下图的 R2）选定后，环路增益的带宽也就确定了，不会随着反 馈系数 F 的改变而改变。
OA-31 因此，我们现在就可以理解，为什么 CFB 运放的带宽不随增益而改变这 一问题了。
本质原因就是，CFB 运放的带宽不是由运放反馈网络的反馈
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系数 F 与开环增益 Z(s)所决定。
而只是由反馈电阻 Rf 和开环增益阻抗 所决定。
在第 2 小节里我们为了便于分析将负向输入端 V-的电阻 Ri 假设成理想 的 0 欧。
这一假设便于分析，但并不能反应事实。
因此，现在我们再把 Ri 考虑进去。
刚 CFB 运放的环图增益就表示为：
因此，前面提到的要使 CFB 运放的带宽恒定，需要将 Rf 设定为恒定的 值。
实际情况是将下式设定为常数：
这也就解释了为什么在不同增益下，需要设置不同的 Rf 值，并且增益 越高，反馈电阻 Rf 值选取的越低。
如下图是 THS3001 运放在不同增益 下的推荐电阻值：
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