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運(yùn)算放大器基礎(chǔ)ppt課件-資料下載頁(yè)

2025-05-04 13:36本頁(yè)面
  

【正文】 結(jié)論:負(fù)反饋除了將增益靈敏度降低 1+T倍之外,還將 rd提高和將 ro降低了同樣的倍數(shù)。 反相結(jié)構(gòu) 圖 反相結(jié)構(gòu) 為了求得圖 反相結(jié)構(gòu)的增益,將按照在同相情況一樣進(jìn)行 在標(biāo)出 和 的節(jié)點(diǎn)上將電流相加,消去 ,然后對(duì)比值 求解得到 Nv Ov Nv/OIA v v? ( ) 在精心設(shè)計(jì)成的電路中,通常有 和 ,因此上式能簡(jiǎn)化為 ( ) ? ? ? ? ? ?21 2 11 1 /ooda R rAa R R r R r???? ? ? ?2111 1 /RART?????? ???2orR?? 1 /1dRr ??式中 T為環(huán)路增益給出為 ( ) 可見(jiàn) T與同相結(jié)構(gòu)中是相同的。然而,對(duì) 的表達(dá)式是不同的,因?yàn)檩斎胧羌釉谕粋€(gè)電路的不同點(diǎn)上。 饋通增益 現(xiàn)在是 () 112aRTRR? ?idealA? ? ? ?0 1 2 1l im 1/oa odrAR R r R r? ? ? ? ?這個(gè)增益不像在同相情況下那樣小,但在今后的計(jì)算中也將不予考慮。 為了求 ,首先要確定反相輸入端的等效電阻 。然后置 。為此,按圖 ,求出所產(chǎn)生的電壓 ,再令 ??梢钥闯?,這是一個(gè)并聯(lián) 并聯(lián)拓?fù)?。在?jié)點(diǎn) 將電流相加,然后求對(duì)比值 ,求解得到 iR nR1inR R R?? iv /nR v i?/nR v i?圖 求虛地電阻 Rn v ( ) 與 a相比可略去 項(xiàng), 近似為 ( ) ? ?221/onodRrRa R r r??? ? ?? ?2 /odR r r? nR21onRrRa???對(duì)于 進(jìn)一步簡(jiǎn)化為 ( ) 這表明一個(gè)負(fù)反饋放大器的反饋電阻 當(dāng)反映到輸入端時(shí)是被( 1+a)相除。這個(gè)變換稱為 米勒效應(yīng) ( Miller effect),并且在反饋元件是電抗的更一般情況下,這一關(guān)系仍然成立。由于 a很大,可期望 。事實(shí)上,在 極限情況下會(huì)得到 ,這就是我們已經(jīng)知道的理想虛地的情況??傊?, ( ) 為了求出圖 ,除去輸入源 外加一個(gè)測(cè)試電壓 ,再次與圖 ( b)情況類似,結(jié)果有 ( ) 式中 T由( )式給出。 2orR??21nRRa? ?2R1nRR??a?? 0nR ?1i n iR R R R? ? ?oR ?1OnrRT? ?Iv對(duì)于反相和同相結(jié)構(gòu)雖然只需改變輸入源的位置就能從一種結(jié)構(gòu)變到另一種結(jié)構(gòu),但是所得 A和 Ri的表達(dá)式是不同的;它們對(duì) T和 RO還是相同的。 為了獲得深入地理解,再回到( )式,該式是在簡(jiǎn)化的條 件 rd→∞ 和 ro下導(dǎo)出的,可以將它重新寫(xiě)為 設(shè) vI/R1→ iI,vo/R2 → iF和 12( / / )ra R R a??? ?210 1 21 2 1 2 1 2// oIIoRRa R R aR R R R R R??? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?就可寫(xiě)成 ()O r I Fv a i i??Ii Fi?電流方向示意圖 即使這個(gè)運(yùn)算放大器是一增益為 (量綱為 V/V)的電壓 a無(wú)量綱的意思 型放大器,當(dāng)用在反相結(jié)構(gòu)中時(shí),它仍起著一個(gè)增益為 ,(量綱為 V/A)的互相性放大器的作用。另外,重新寫(xiě)為 ,其 確認(rèn)了以量綱為 A/V的反饋系數(shù) 。這個(gè)環(huán)路增益是 ,或者 這與( )式是一致的,定義 為 閉環(huán)互阻增益 ,根據(jù)( )式和( )式, 最后,定義 為 閉環(huán)電壓增益 求得為 ,或者 與( )式是一致的??傊?,可以說(shuō)反相放大器盡管一般都用作電壓輸入、電壓輸出端的電路,但是當(dāng)作為一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)來(lái)分析時(shí)更適合當(dāng)作一個(gè)電流輸入、電壓輸出的電路來(lái)對(duì)待,從而確認(rèn)了并聯(lián) —— 并聯(lián)結(jié)構(gòu)的說(shuō)法 。 ra? ?o r I g oai? ? ???21g R? ??/r o IAi??21 1 11 1 / 1 1 /r gAR TT?? ? ? ? ???2111 1 /RART? ? ? ?/oIA ??? ? ?1 1 1/ / / /o I rA R R A R????????g? rgTa??112aRTRR? ?上面的例子證實(shí)了 , , , 是非常接近于理想的情況。對(duì)于給定的 a值,閉環(huán)增益愈低,這些結(jié)果是愈接近于理想值。甚至在閉環(huán)增益為 的量級(jí)(這大約是實(shí)際應(yīng)用的上限)上,距離理想的偏差仍舊非常的小,至少對(duì)于在這些例子中用到的 a值都是這樣。因此,即使開(kāi)環(huán)參數(shù)是非理想運(yùn)算放大器的參數(shù),似乎假定為 理想 的閉環(huán)參數(shù)也是合理的,尤其是考慮到理想閉環(huán)表達(dá)式和虛短路概念的簡(jiǎn)單性更應(yīng)如此。這也就證明了在大多數(shù)實(shí)際情況中,精度保持在百分之幾以內(nèi)就夠了是合理的,甚至在精密應(yīng)用中(可能會(huì)關(guān)注小偏差),通常也總是由理想運(yùn)算器著手以便獲得一種快捷的,但是近似的,明白這個(gè)電路所期望能做的,然后再在第二步的過(guò)程中進(jìn)行精確分析。以后將會(huì)看到許多這樣的例子。 我們還是要再一次重復(fù)這一點(diǎn),負(fù)反饋的得益是源自于可利用的足夠大的環(huán)路增益 T,換一種方式,倘若你不得不在一個(gè)具有差的 和 值但有很好的 a值的運(yùn)算放大器和一個(gè)具有很好的 和 值但是很差的 a值的運(yùn)算放大器之間作出選擇的話,將毫不猶豫地選擇前者!大的 a值將會(huì)彌補(bǔ)掉它在 和 特性上的不足(見(jiàn)習(xí)題 )。 A iRoR nR310 /VVdr ordr ordror 到目前為止,很清楚環(huán)路增益 T在負(fù)反饋理論中起著核心的作用。 T愈大,閉環(huán)參數(shù)愈接近于理想值。在第 8章還將知道,T還決定了一個(gè)電路是否穩(wěn)定或相反產(chǎn)生振蕩。 正如我們知道的,一個(gè)運(yùn)算放大器電路的增益一般求得為 ( ) 式中 是利用理想運(yùn)算放大器模型計(jì)算出的,因此用的是虛短路技術(shù)。再者,閉環(huán)端口電阻一般求得為 ( ) 式中 r是在極限 下計(jì)算出的開(kāi)環(huán)電阻,并對(duì)串聯(lián)拓?fù)溆?1,并聯(lián)拓?fù)溆?1. 直接求環(huán)路增益 T 通過(guò)除掉全部輸入源能夠直接求出 T,這可以在環(huán)路內(nèi)的某一方便點(diǎn)上剖開(kāi)并注入一個(gè)測(cè)試信號(hào) ,當(dāng)這個(gè)信號(hào)環(huán)繞這個(gè)環(huán)路傳播時(shí),作為返回信號(hào) 又折回來(lái),所以 可按下式 ( ) 11 1 /id e a lAA T?? ?idealA? ? 11 1 /R r T ?? ? ?0a?T?? ?1RTa? ? ?? ? ? ? ?Ta??0IRxTT ?? ???求得,此處一般符號(hào) 代表輸入源(在多輸入電路如求和差分放大器中代表多個(gè)輸入源),這個(gè)過(guò)程如圖 ,圖中為了完整性還包括了一個(gè)輸出負(fù)載 。這個(gè)電路既適合于反相結(jié)構(gòu),也適合于同相結(jié)構(gòu),因?yàn)橐坏┩獠啃盘?hào)源除去的話,這兩者是不可區(qū)分的了。事實(shí)上,前面一節(jié)已經(jīng)揭示出, T僅決定于放大器和它的反饋網(wǎng)絡(luò),而與輸入信號(hào)加在什么地方無(wú)關(guān)。如圖示,在受控源輸出的右邊剖開(kāi)這個(gè)環(huán)路會(huì)得到這一方便的結(jié)果 。重復(fù)利用兩次分壓公式可得 RDa???IxLR圖 按 直接求環(huán)路增益 /DTT av v??圖 按直接求環(huán)路增益 展開(kāi)上式,然后利用( )式得到 ( ) 注意到,對(duì)于足夠小的,最后一項(xiàng)趨于 ,比值 可以不顧,因此得到熟悉的結(jié)果 。 ? ?? ?12112 12dLdRTd d L oR r R RRraR r R R r R R r???? ?? ? ???? ????? ?2 1 2 12111/ 1 / /d o d o LTaR R R r r R r R r R???????? ? ? ???dr2 / dRr? ?211/T a R R??求反饋系數(shù) 另一種途徑是將注意力集中在反饋電路上以求得環(huán)路這個(gè)運(yùn)算放大器的電壓反饋量 ,這與這個(gè)運(yùn)算放大器是一個(gè)電壓型放大器一致的,然后再結(jié)合有關(guān)電壓增益 a的特性數(shù)據(jù)信息以得到作為 的環(huán)路增益。在第 8章當(dāng)研究穩(wěn)定性時(shí)將廣泛采用這一途徑。為了求出 ,除去全部輸入源,切斷運(yùn)算放大器并用它的端口電阻 和 代替,以保持相同的負(fù)載狀況。然后,經(jīng)由 外加一個(gè)測(cè)試源 ,求出跨在 上的差值 ,最后令 ( ) 對(duì)于圖 ,這就如圖 ,利用兩次分壓公式,得出 ??T ????dr oror T? dr D?0IDx
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