学习运放的一个小方面的体会~~~~

只看该作者 · 2007-12-14 15:51

其实在写这个帖子的时候，原来就一直在思考这个问题，后来在21IC上面发了几个关于这个问题的帖子，但是遗憾的是好像没有得到满意的解答，于是自己又下去看书，查资料，终于对这个问题有一些浅薄的认识，不敢独吞，把自己学习解决这个问题的一些心得写出来，和各位共同分享~~~
我原来的帖子如下连接1.https://bbs.21ic.com/club/bbs/list.asp?boardid=2&t=2759194&tp=%u4E3A%u4EC0%u4E48%u8FD9%u4E24%u4E2A%u7535%u8DEF%u7684%u5E26%u5BBD%u76F8%u540C%uFF1F

2.https://bbs.21ic.com/club/bbs/list.asp?boardid=2&t=2633174&tp=%u8FD0%u653E%u7684Signal%20Gain%u548CNoise%20Gain%u6709%u4F55%u533A%u522B%uFF0C%u5982%u4F55%u7B97Noise%20Gain%3F

3.https://bbs.21ic.com/club/bbs/list.asp?boardid=2&t=2739586&tp=%u4E3A%u4EC0%u4E48%u8FD0%u653E%u95ED%u73AF%u7684%u5E26%u5BBD%u7531%u566A%u58F0%u589E%u76CA%u51B3%u5B9A%uFF1F

基本上就是围绕下面几个问题来的：
1.我们可以从运放的datasheet上面得到运放的增益带宽积，那么我们如何确定由运放构成的电路的带宽，以及其相应的曲线。这对我们设计学习高速信号采集等有很大的帮助。
2.什么是运放的噪声增益和信号增益，他们对由运放构成的电路有什么实际的影响。
下面我将结合实例+计算+Pspice来详细的说明一下我的学习过程~~

只看该作者 · 2007-12-14 16:00

问题是由下面开始的。我们可以从运放的datasheet上面得到运放的增益带宽积，那么我们如何确定由运放构成的电路的带宽？就好比运放是抑制共模信号的，但是运放构成的电路就不一定抑制共模信号了~~。问题的提出：

当时我的疑问是：如何快速的得出运放同相输入和反相输入电路的带宽。

只看该作者 · 2007-12-14 16:28

在这里我用OP27作为例子：
图一：

图二：

图三：

从OP27的datasheet我们可以知道（全部取典型值）
OP27的增益带宽积（注意和单位增益带宽的区别）为：8M（图二）
OP27的电压增益为：1500V/mV=20lg1500000=124DB（图三）
得出：OP27的带宽：8M/1500000=5.3HZ
对比图一，可以看到我大致估算的OP27的这两个参数还是比较符合图一的曲线的。
那么回到上面那两个同相和反相输入电路来，我最开始想都没想就得出结论：
电路的增益带宽积是不变的嘛，所以~~~

上图
第一个为反相输入端,电压增益为：-1
第二个为同相输入端电压增益为：2
所以第一个电路的带宽应该为：8M，第二个电路的带宽应该为4M

我的原因是：运放的负反馈嘛，肯定是展宽了频带的了，~~~~
由反馈公式：电路接入反馈后增益为：
A(f)/(1+A(f)F) 这里我们为了便于计算我们假设A(f)为主极点即：A(f)=A/[1+j(f/ft)]注意，我们假设的是A只有一个极点，如果有多个极点的话，增益带宽积还是按照只有一个极点的电路来算，但是单位增益带宽就变了。
只有在仅存在一个极点的运放（主极点补偿）才会有 增益带宽积=单位增益带宽
多于一个极点的运放 增益带宽积>单位增益带宽
接入反馈后：A(f)/(1+A(f)F)={A/[1+j(f/ft)]}/{1+A/[1+j(f/ft)]F}=[A/(1+AF)]*{1/[1+jf/][(1+AF)ft]]}
原来的增益带宽积为:A*ft
加反馈后的增益带宽积为：[A/(1+AF)]*(1+AF)*ft=A*ft
所以增益带宽积是不变的咯~~~~

于是我就得到了一个带宽为4M，一个带宽为8M的结论

只看该作者 · 2007-12-14 16:36

那么我的结论是否正确呢？
这时我决定用PSPICE来验证一下：

同相电路带宽：

反相电路带宽：

结果让我比较疑惑：
同相电路的带宽为：3.6976M 接近我原来的估计值4M，OK，没问题
反相电路带宽为：3.7055M 与我的估计值8M，相差很远！~~
为什么？
我很疑惑，于是继续思考~~~~~~~~~~~~

只看该作者 · 2007-12-14 16:52

其实在这里我搞错了一个概念，或者说是混淆了一个概念。
那就是反馈系数的概念：

反馈电路的增益为 A/(1+AF) when A>>F--->A/(1+AF) =1/F
这个是没有错的，绝对正确的

但是我用错了它！

我得到原来的结论是在这样的基础上：那就是：
同相：1/F=2（正确）
反相：1/F=-1（大错特错，为什么？后面讲）

只看该作者 · 2007-12-14 17:12

为什么说我错误了呀？

我逐一分析我上面的电路：
先分析同相输入：

设运放输入阻抗无穷大，为了计算的简便我们假设运放的差分电压增益为：A(f)=A/[1+j(f/ft)] ft:运放-3DB频率。
[Vin-Vout*R2/(R2+R3)]A(f)=Vout
Vout/Vin=A(f)/[1+A(f)F] 这里 F=R2/(R2+R3)
OK，看到了吗？为什么我预测的正相输入的带宽和实际模拟的差不多吗？原因就在这个表达式与我认为的是一致的，就是：
F=R2/(R2+R3)=1/2,所以用增益带宽积除以正相输入放大倍数得到的结论是对的。
即我原来认为的放大倍数为2=1/F确实是对的~~~~~。

1万 · 2007-12-14 17:15

只看该作者 · 2007-12-14 17:30

为什么反相输入的时候与我预测的不一致呀，下面分析~~~~~~~~~~~~~~~

推导传递函数：
-A(f)[VinR7/(R6+R7)+VoutR6/(R6+R7)]=Vout
Vout/Vin=-(R7/R6)*[A(f)K]/[1+A(f)K] K=F(同相的反馈系数）=R6/(R7+R6) R2=R3=R6=R7 A(f)=1/[1+j(f/ft)]
看到了吗？对于反相输入来说其带宽和反相输入的增益带宽积改变了，和运放的不一样了
反相：传递函数表达式化简为： {-R7AK/R6(1+AK)*{1/[1+jf/ft(1+AK)]}===>增益带宽积 R7AKft/R6=(A*ft*R7)/(R6+R7)不等于A*ft了，其带宽为:[(A*ft*R7)/(R6+R7)]/(R7/R6)=(A*ft*R6)/(R6+R7)，
所以：我们用这个表达式可以正确得出反相输入运放反馈电路的带宽为：8M*[R6/(R6+R7)]=4M

哈哈~~~是不是和我用PSPICE模拟的一样了哟~~~~~~~~

只看该作者 · 2007-12-14 17:31

楼猪不错啊继续

只看该作者 · 2007-12-14 17:52

回来再继续~~~~~~~~~

只看该作者 · 2007-12-14 18:19

21世纪就需要这样的人才

只看该作者 · 2007-12-14 18:47

这么好的帖实在不忍心在中途打断,因此打算等到楼主发完在回帖,我从你发第一帖的时候就开始看了

只看该作者 · 2007-12-14 19:21

从上面的分析我们可以知道

对于同相(电压串联）

传递函数：A/(1+AF)

反相（电压并联）

传递函数： K*AF/(1+AF)

看出：对于一个反馈电路的稳定性：

决定的因数只有一个就是A*F！，也就是说不管你的输入信号是同相的也好，反相的也好，只要你的电路拓扑定了，那么你的电路稳定性也就定了,不管输入信号是从那边进入的了!!
我们通常把F叫做电路的噪声增益（在电压串联同相输入电路中很巧的是反馈系数等于噪声增益了）,也就是说电路的稳定性是和基本放大电路的A和噪声增益决定的了！

这就很好解释了在运放带容性负载的时候我们可以采用改变噪声增益的大小来进行频率补偿的同时而不改变电路的信号增益～～！！

可以参考下面的**：
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/31-2/appleng.html

当时我对这个噪声增益的补偿是一知半解，但是现在，基本上是明白其原理了～～

总之：

当基本放大电路的结构（V/V,V/i,i/V,i/i)与反馈结构（电压串联，电压并联，电流串联，电流并联）、输入输出信号的性质（电压-电压，电压-电流，电流-电压，电流-电流）这三者一致的时候才能运用同相输入时的估算带宽的方法，否则，就会出现错误，或者将这三者转化为一致的结构运用同相输入端的方法来估算也可以的～～～～

只看该作者 · 2007-12-14 19:31

要向楼主好好学习

以前对运放也小有研究,但很多东西都是理解完就过了,加上又没有实际动手过,因此现在基本上忘光了,又要花一段时间来回顾一下

只看该作者 · 2007-12-14 20:03

有什么不对的地方还请各位多多指教

大家一起探讨~~~~

只看该作者 · 2007-12-14 20:22

太经典了，解决了好久的困扰
好像还是我们学校的兄弟，因为在BBS上看到同样的帖子
学习学习……

只看该作者 · 2007-12-14 20:35

你也是一个HUSTer?

只看该作者 · 2007-12-15 09:38

顶啊~~~~

只看该作者 · 2007-12-15 23:44

2万 · 2007-12-16 01:07

分析模拟电路必须认识到：什么增益、稳定性、带宽之类，都是电路自身的内因。哲学上讲，内因是啥，外因是啥……

内因是与输入信号无关的（前提是线性系统），这还是《自动控制原理》老师教我的，模电课不会讲这个的。《自动控制原理》最后考得很烂，但记住了这个概念。

所以同相放大器和反相放大器其实是一个电路，两者的带宽其实应该完全一样，那一点点差异是别的原因。

同相放大器和反相放大器归一，才有了所谓的噪声增益。

LZ 这么爱钻研，自己慢慢琢磨吧，只要别走火入魔:)

学习运放的一个小方面的体会~~~~

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搞这么久也没有人回一个帖子~~~

我顶

反相来了~~小心~~为妙~~~

ko

吃饭去了，不然食堂没饭了

人才

一直没回帖是因为想等楼主发完再回帖

小结：

这帖要加条裤子啊

暂时写到这里~~

这个要顶

ch2003_23

好帖

很好,谢了

同相放大器和反相放大器其实是一个电路

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