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[仿真] 反向比例运算电路的放大系数

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 楼主 | 2019-9-5 18:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
     反向比例运算电路的放大系数
*),理想反向比例运算电压增益G=Rf/Re,那么实际运放呢?例如运放和电路参数如下,电路电压增益A=?,这是一个最实际的问题。
增益多少.GIF

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| 2019-9-5 22:26 | 显示全部楼层
这个运放的单位增益带宽积为10M,而你电路的增益带宽积为0.2*50=10MHz,一点余量都没有,肯定不行啊。。。

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 楼主 | 2019-9-6 07:39 | 显示全部楼层
xiaxingxing 发表于 2019-9-5 22:26
这个运放的单位增益带宽积为10M,而你电路的增益带宽积为0.2*50=10MHz,一点余量都没有,肯定不行啊。。。 ...

逮到GBW已经是重点,然而将要求的增益当作已知条件,去求已知的GBW是逻辑思维之错,须返正才是正道。

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 楼主 | 2019-9-10 10:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 captzs 于 2019-9-11 09:13 编辑

*),反向比例运算电路也有两个放大系数,一个G=GBW/GB,另一个k=Rf/Re,都是电压增益。只有电路带宽GB≥fs,传输信号fs携带的表示斜率能量的频率成分才能通过,实现完整性传输。GBW参数等效于电容,延时造成电路建立的电压来不及跟上传输信号的输出峰值就随其下降,传输幅度就衰减。G=GBW/GB=GBW/fc就成了电路增益A的上限。设计电路时,根据传输信号频率和要求的增益,先算出GBW参数,再根据G估算k系数,然后对Rf/Re取值,数倍G即可以用下关系式计算A。较大的A,选择对应大的GBW=Afs参数。
  两个系数以并联形式生成电路增益A=2Gk/(G+2k),非线性的变化,造成A计算稍有不同,需微调,况且运放GBW参数也不同。当输出U波经Re/Rf分压削弱输入电压不能忽略时,两个参数必须修正G=(GBW/fs)[1-fs/(fs+GBW)],k=(Rf/Re)[1-Re/(Re+Rf)]。

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 楼主 | 2019-9-10 19:59 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2019-9-10 10:40
*),反向比例运算电路也有两个放大系数,一个G=GBW/GB,另一个k=Rf/Re,都是电压增益。只有电路带宽GB≥fs ...

k系数调理信号是通过电阻Rf/Re实现的,没有传输延时,则传输延时就是G系数造成的,那么延时如何计算?

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 楼主 | 2019-9-19 21:41 | 显示全部楼层
     非理想模式的运放电路,仅懂两虚分析,有时就说不清,例如首帖电路,按照两虚分析,电路放大倍数是Rf/Re=50,但是仿真结果仅4倍多,加上增益带宽积定义,不但定性分析就顺了,而且可以定量分析。电路增益完整的公式是,
当G<k时A=G//2k=2Gk/(G+2k),当G>k时A=2G//k=2Gk/(2G+k)。
    同时,给GBW参数的定量取值提供依据,GBW>A*fs。
    再强调,不是为了计算而计算,而是通过定量分析弄清楚运放基本电路的原理,明确运放的参数对应影响了电路那个指标,就可以运用自如,有针对性的采取措施去实现指定的功能。

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 楼主 | 2019-10-1 17:20 | 显示全部楼层

   电压比例运算电路GBW参数的选择不同于I/V转换电路,电路带宽必须大于表示矩形波斜率的频率成分,最高次谐波217fs,即GBW>217fsRf/Re,信号波形特征才能完整性传输。例如,矩形波fs=1MHzG=Rf/Re=2,则GBW>434MHz,选择GBW=500MHz的运放OPA651,输出U (黑线) 波形保持与输入Vi一致,放大两倍反相。Rc是失调电压调0电阻。
补偿.GIF

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 楼主 | 2019-10-1 17:30 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2019-10-1 17:20
电压比例运算电路GBW参数的选择不同于I/V转换电路,电路带宽必须大于表示矩形波斜率的频率成分,最高次 ...

    当电路存在信号源接入电容和运放输入端等效电容的总和Cin,输出出现频率f的振荡波,但是又不知道Cin的电容值,要如何计算电路参数采取补偿措施,消除振荡?
补偿a.GIF

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 楼主 | 2019-10-2 08:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 captzs 于 2019-10-2 09:34 编辑
captzs 发表于 2019-10-1 17:30
当电路存在信号源接入电容和运放输入端等效电容的总和Cin,输出出现频率f的振荡波,但是又不知道Cin ...

           为什么会振荡?
接入电容CinRf构成高通即0fo=1/2pRfCin幅频曲线如红线,与运放GBW幅频曲线紫色线相交与f点,当电路频率从-Df改变到+Dffo曲线的增益增加+D,而GBW曲线减少-D,输出电压就此起彼伏波动,最后动态平衡稳定f形成振荡波。
补偿b.GIF

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 楼主 | 2019-10-3 10:48 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2019-10-2 08:54
为什么会振荡?接入电容Cin和Rf构成高通即0点fo=1/2pRfCin幅频曲线如红线,与运放GBW幅频曲线 ...

   9楼给出的示意图,无需多说,行家马上就会想到消除振荡的办法:设置一个极点频率。不过定性分析后,还需要定量分析,电路参数才能量化取值。定量分析分两种情况:一是Cin可以从资料查到,然后汇总,这样计算就简单;另一种Cin未知,需要先计算Cin,就要多两个步骤。

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 楼主 | 2019-10-6 18:19 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2019-10-3 10:48
9楼给出的示意图,无需多说,行家马上就会想到消除振荡的办法:设置一个极点频率。不过定性分析后,还 ...

217次谐波是引自于争博士的译文《信号完整性研究系列--信号上升时间与带宽


217谐波.GIF

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 楼主 | 2019-10-9 17:52 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2019-10-2 08:54
为什么会振荡?接入电容Cin和Rf构成高通即0点fo=1/2pRfCin幅频曲线如红线,与运放GBW幅频曲线 ...

*),已知接入电容Cin求消振的补偿电容Cf
0fo与极点217fs合成振荡频率f=(217fsfo),移项得fo=f²/(217fs)=1/2pRfCin,将f=1/2pRfCf代入得Cf=√(Cin/2pRf217fs)
例如,Rf/Re=2K/1KCin=14pF=12+运放Ccm2pFfs=1MHz即,
Cf=√(14/2p2*217*1)=√5.15=2.27pF。仿真结果,原来的绿色振荡消失,输出U与输入Vi波一致,放大2倍,反相。如果振荡频率过低,应先减小反馈电阻提高振荡频率,再补偿的效果才好。此模式失调电压增大。

电容补偿.GIF

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 楼主 | 2019-10-9 21:54 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2019-10-9 17:52
*),已知接入电容Cin求消振的补偿电容Cf0点fo与极点217fs合成振荡频率f=√(217fsfo),移项得fo=f²/(217f ...

   虽然补偿电容Cf的电容量允许有一定的变动范围,但是过大则矩形波前后沿变缓,过小则在边角位置有“角”。电容补偿法不如电阻补偿法,那么,电阻补偿如何计算?

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