【学习笔记】新概念模拟电路-负反馈和运算放大器

理想运算放大器

理想运放

特性表达式：

$$u_o=A_{uo}(u_+-u_-)$$

特点：

1. $A_{uo}$为无穷大，带宽0~∞
2. 输入端具有无穷大输入阻抗
3. 输出端输出阻抗为0

开环连接

开环连接，运放会顶到电源轨。

这里使用TINA进行仿真，输入信号为1kHz，1V的正弦波。

因此开环连接不能正确放大信号。

闭环连接

仿真如下

可以看到信号被正确地放大了十倍，事实上，这是一个同相比例放大器。

反馈极性判断

环路极性法-判断正负反馈

步骤：

1. 找到反馈环路
2. 选择一个节点——通常选择输出节点
3. 假设该节点存在正变化量，标为⊕
4. 沿着反馈环路，每过一个关键节点，对变化量的方向进行判断并标注，正标为⊕，负标为㊀，不变标为⓪
5. 回到最初节点时，如果仍为⊕，环路为正反馈；如果为㊀，环路为负反馈；如果为⓪，环路被打断，不存在反馈

一些常见的极性传递情况

注意：

• 对于晶体管放大电路，哪个极没接输入输出，就是“共哪极放大电路”
• 电阻和电容串联电路，虽然信号会有滞后，但相位变化介于±90°之间，不是反相，一般符号不变
• 当电路中存在多个环路时，根据叠加原理，分析其中一个环路时，没有涉及到的节点一律接地

分析举例

方框图分析法

方框图分析法与虚短虚断一样可用于分析运放负反馈电路的闭环放大倍数$A_{uf}$。

• 头上带点的是向量，具有相位，$u_I$​​是参考向量，相位为0°

传递关系可以用下式表示：

$$\left( u_I\times \dot{M}-\dot{u}_O\times \dot{F} \right) \dot{A}_{uo}=\dot{u}_o$$

可以得到闭环放大倍数：

$$\dot{A}_{uf}=\frac{\dot{u}_O}{u_I}=\frac{\dot{M}\times \dot{A}_{uo}}{1+\dot{F}\times \dot{A}_{uo}}$$

当$\dot{A}_{uo}$趋于无穷时，上式简化为：

$$\dot{A}_{uf}=\frac{\dot{u}_O}{u_I}\approx \frac{\dot{M}}{\dot{F}}$$

M和F的求解方法

$\dot{M}$ 的含义是，在不考虑输出回送的情况下，单纯的输入信号，有多少加载到了运放的输入端上——运放的正输入减去负输入：

$$\dot{M}=\frac{\left. \dot{u}_+ \right|_{u_O=0}-\left. \dot{u}_- \right|_{u_O=0}}{u_I}$$

$\dot{F}$​ 的含义是，在不考虑输入的情况下，单纯的输出信号，有多少加载到了运放的反相输入上——运放的负输入减去正输入：

$$\dot{F}=\frac{\left. \dot{u}_- \right|_{u_I=0}-\left. \dot{u}_+ \right|_{u_I=0}}{u_O}$$

注意：

有些时候，$\dot{M}$和$\dot{F}$ 不同，相除出的$A_{uf}$可能相同，但是频率特性会有区别。

参考

新概念模拟电路|负反馈和运算放大器全集 西安交通大学杨建国 #第2册#_哔哩哔哩_bilibili