现场直播：反向放大器设计与测试

首先声明：高手抓紧撤退！！！

这是写给学生，或者是需要补充些基本硬件知识的软件工程师看的。

如果高手看了，又来抱怨我浪费你的时间，会让我内疚的！！！



顶级高手推荐看看下面这些**，例如：




这一篇**，够你们看一星期的了吧：

JSSC_hign_fractional_bandwidth.pdf (3.87 MB, 下载次数: 25)

2019-3-5 12:16 上传

点击文件名下载附件

电路很简单，所以直接洞洞板。





板上有以前做状态滤波器实验用的零件，几个741放大器。
下面是7年前做这个实验的结果：

第一步，借用个图，说明反向放大器工作原理





理解这个电路的工作原理，重点是理解负反馈是如何影响放大器工作的。
所以策略是先假设运放反向输入端和同相输入端之间的运放输入电压vD=图中的V2-V3=0开始.
既然运放的输入电压=0，那么运放的输出=输入*增益=0*增益=0！

接着假设：如果运放受偏移等某个原因影响，导致输出电压Vout在输入仍为零的情况下，变化了，不失一般性，假设变正了，那么负反馈如何动作的呢？首先，由于运放输入电流I基本上为零，所以同相输入端基本是零伏！如果Vout向正方向变化，明显会导致运放的2脚即反向输入端略微变正，进而导致vD>0，这个vD经过放大器反向放大后，得到的是是负电压，所以会导致原本想变正的Vout向反方向变化，最终回归到零态。
相反的情形是Vout如果变负，那么根据类似原理，可以分析出Vout仍将返回到0V.


以上是简单的定性分析，如果经常逛本版块的就知道，实际上不不需要这么啰嗦，直接判断工作点的稳定性就OK了，我在非线性电路分析初步帖子里说过了。


上面是假设运放输入电压vD=0时的情形，那么当vD不等于零，而是1V或是其它值时，负反馈该如何动作呢？
假设在某个瞬时，运放输入电压vD=V2-V3=1V，这个正的vD经过放大器反向放大后，输出一个负的Vout，于是运放反向输入端变负，循环结果是最终vD=0!而这一切的发生几乎是瞬时完成的，所以输出看起来是受输入快速变化的影响。

现在分析反向放大器的性能，包括以下几个指标：

• 电压增益
• 输入阻抗
• 需要的输入电流
• 压摆率极限频率
• 最大输出电压摆幅
• 最大输入电压摆幅
• 输出阻抗
• 输出电流能力
• 最小负载电阻
• 带宽
• 电源抑制比
  

• 为了便于数值分析，假设电路中元件参数如下：
  

• 电压增益=Av=-R2/R1=-47/2=-23.5  用分贝表示是Av(dB)=20lg23.5=27dB。
• 注意实际电压增益是与频率相关的，这牵扯到带宽的概念
  

• 输入阻抗 由于虚地，输入阻抗ZI=R1=2K
  

• 输入电流iI=VI/R1
• 如果信号源是500mV 峰值，那么iI=500mV/2k=250uA峰值
• 峰值转化成RMS值=250*0.707=177uA
• 信号源必须能提供这么大的电流，否则加缓冲或功放
  

• 最大输出电压摆幅=输出正饱和电压-输出负饱和电压
• 对于741放大器，查手册值Vo(max)=+13V-(-13V)=26V
  

• 压摆率极限频率=压摆率/【pi*Vo(max)】
• 对于741，极限频率fsrl=0.5V/uS/[3.14*26V]=6kHz
• 对于更高的频率，输出失真变成非正弦
  

现在直接用万能板打电路测量:




对应的电路原理图为：

把信号源激励幅度设为1V时，测量结果为：









一看结果，3分贝带宽不对啊，怎么才20几KHz,,,,?HA741的fT=1MHz，3分贝应该是1M/10=100k啊
手册上的数据也是：

这里卖个关子，是想说测试电压增益时，激励幅度很讲究，太大了测不准，太小了被噪声淹没。

激励幅度设为0.1V时，测量结果为：





这个结果是不是和上面的数据手册，基本上差不多 了？

时域测量


低频性能：





高频性能：

请教一下，频率特性测试也是用的示波器吗？

这个是不是需要特殊型号的示波器？

ifree64 发表于 2019-3-23 08:18
请教一下，频率特性测试也是用的示波器吗？

这个是不是需要特殊型号的示波器？

现在好多示波器都能做频率特性分析，一般这种示波器本身都有信号发生器的功能！
一般来说，30M是个技术槛，所以常见的是20几M，专业的频率特性分析仪可以做到40M或50M！



不搞射频电路和微波，这个也够用的了。专业的都是5.6万，甚至几十万，这个才8-9千块！8-9千块钱买了个集25M信号发生器、多用表、频率特性分析仪、频谱仪(500M)、100M示波器等于一身的仪器，绝对划算的。

我手里只有泰克的TBS 1102,功能太少了。

xukun977 发表于 2019-3-23 08:23
现在好多示波器都能做频率特性分析，一般这种示波器本身都有信号发生器的功能！
一般来说，30M是个技术槛 ...

LM741和HA17741的datasheet里压摆率不一样，一个是0.5，一个是1.0，怎么回事啊？

JLennon 发表于 2019-4-11 13:52
LM741和HA17741的datasheet里压摆率不一样，一个是0.5，一个是1.0，怎么回事啊？ ...

完全相同的原理图，即便是相同的工艺，不同的半导体厂商做出来性能也不一样。
741只是代表原理图雷同，性能有所不同很正常。