El amplificador operacional de realimentación de corriente ( CFOA o CFA ) es un tipo de amplificador electrónico cuya entrada inversora es sensible a la corriente , en lugar de al voltaje como en un amplificador operacional de realimentación de voltaje (VFA) convencional. El CFA fue inventado por David Nelson en Comlinear Corporation y se vendió por primera vez en 1982 como un amplificador híbrido, el CLC103. Una patente temprana que cubre un CFA es la patente estadounidense 4.502.020 , de David Nelson y Kenneth Saller (presentada en 1983). Los CFA de circuito integrado fueron introducidos en 1987 por Comlinear y Elantec (diseñador Bill Gross). Por lo general, se producen con las mismas disposiciones de pines que los VFA, lo que permite intercambiar los dos tipos sin recablear cuando el diseño del circuito lo permite. En configuraciones simples, como amplificadores lineales, se puede usar un CFA en lugar de un VFA sin modificaciones del circuito, pero en otros casos, como los integradores, se requiere un diseño de circuito diferente. La configuración clásica del amplificador diferencial de cuatro resistencias también funciona con un CFA, pero la relación de rechazo de modo común es peor que la de un VFA.
En referencia al esquema mostrado, la sección marcada en rojo forma la etapa de entrada y el amplificador de error. La entrada inversora (nodo donde se conectan los emisores de Q1 y Q2) es de baja impedancia y, por lo tanto, sensible a los cambios de corriente. Las resistencias R1–R4 establecen las condiciones de polarización en reposo y se eligen de manera que las corrientes de colector de Q1 y Q2 sean las mismas. En la mayoría de los diseños, se utilizan circuitos de polarización activa en lugar de polarización resistiva pasiva, y la entrada no inversora también se puede modificar para que sea de baja impedancia como la entrada inversora para minimizar las compensaciones.
Sin ninguna señal aplicada, debido a los espejos de corriente Q3/Q4 y Q5/Q6, las corrientes de colector de Q4 y Q6 serán iguales en magnitud si las corrientes de colector de Q1 y Q2 también son iguales en magnitud. Por lo tanto, no fluirá corriente hacia la entrada del búfer (equivalentemente, no habrá voltaje presente en la entrada del búfer). En la práctica, debido a desajustes del dispositivo, las corrientes de colector son desiguales, lo que da como resultado que la diferencia fluya hacia la entrada del búfer y una desviación en su salida. Esto se corrige ajustando la polarización de entrada o agregando un circuito de anulación de desviación.
La sección marcada en azul (Q3–Q6) forma un convertidor I a V. Cualquier cambio en las corrientes de colector de Q1 y Q2 (como resultado de una señal en la entrada no inversora) aparece como un cambio equivalente en el voltaje en la unión de los colectores de Q4 y Q6. C s es un condensador de estabilidad para garantizar que el circuito permanezca estable en todas las condiciones de funcionamiento. Debido al amplio ancho de banda de bucle abierto de un CFA, existe un alto riesgo de que el circuito se rompa en oscilaciones. C s garantiza que las frecuencias en las que podrían comenzar las oscilaciones se atenúen, especialmente cuando se ejecuta con una ganancia de bucle cerrado baja.
La etapa de salida (en magenta) es un buffer que proporciona ganancia de corriente. Tiene una ganancia de voltaje de la unidad (+1 en el esquema).
El ancho de banda del VFA compensado internamente está dominado por un capacitor de compensación de polo dominante interno, lo que da como resultado una limitación de ganancia/ancho de banda constante. Los CFA también tienen un capacitor de compensación de polo dominante, pero debido al uso de retroalimentación de corriente en lugar de retroalimentación de voltaje, la respuesta de lazo abierto resultante es diferente. La estabilidad del VFA depende de la relación entre la ganancia de lazo abierto y la ganancia de retroalimentación; la estabilidad del CFA depende de la relación entre la transimpedancia de lazo abierto y la resistencia de retroalimentación. Los VFA tienen una dependencia de la ganancia/ancho de banda; los CFA tienen una dependencia de la transimpedancia/resistencia de retroalimentación.
En los amplificadores de frecuencia variable, el rendimiento dinámico está limitado por el producto de la ganancia por el ancho de banda y la velocidad de respuesta. Los amplificadores de frecuencia variable utilizan una topología de circuito que enfatiza el funcionamiento en modo corriente, que es inherentemente mucho más rápido que el funcionamiento en modo voltaje porque es menos propenso al efecto de las capacitancias de nodo parásitas. Cuando se fabrican utilizando procesos bipolares complementarios de alta velocidad, los amplificadores de frecuencia variable pueden ser órdenes de magnitud más rápidos que los amplificadores de frecuencia variable. Esto se debe en gran medida a que la mayoría de los amplificadores de frecuencia variable se compensan para lograr estabilidad en ganancia unitaria. Los amplificadores de frecuencia variable descompensados pueden ser tan rápidos como los amplificadores de frecuencia variable. Con los amplificadores de frecuencia variable, la ganancia del amplificador se puede controlar independientemente del ancho de banda. Esto constituye la principal ventaja de los amplificadores de frecuencia variable sobre las topologías de amplificadores de frecuencia variable convencionales. [1]
Las desventajas de los CFA incluyen características de voltaje de entrada y corriente de polarización de entrada más pobres. Además, las ganancias del bucle de CC son generalmente más pequeñas en aproximadamente tres órdenes decimales de magnitud. Los CFA tienen un ruido de corriente de entrada inversora mucho mayor. Los circuitos CFA deben usar un valor específico de resistencia de retroalimentación para lograr el máximo rendimiento. Un valor menor de resistencia de retroalimentación puede hacer que el amplificador oscile. Los circuitos CFA nunca deben incluir una capacitancia directa entre los pines de salida y entrada inversora, ya que esto a menudo conduce a la oscilación. Los CFA son ideales para aplicaciones de muy alta velocidad con requisitos de precisión moderados. [2]
El desarrollo de amplificadores de frecuencia variable más rápidos está en curso y, en el momento de escribir este artículo, los amplificadores de frecuencia variable están disponibles con productos de ancho de banda de ganancia en el rango bajo de UHF. Sin embargo, los amplificadores de frecuencia variable están disponibles con productos de ancho de banda de ganancia más de una octava más altos que sus primos, los amplificadores de frecuencia variable, y también son capaces de funcionar como amplificadores muy cerca de sus productos de ancho de banda de ganancia.
El amplificador operacional con retroalimentación de corriente es un tipo de fuente de voltaje controlada por corriente (CCVS).