開(kāi)關(guān)電源反饋設(shè)計(jì)2

1、X。(6-20)(6-21)Gf因?yàn)閄i XfXiXd，(6-22)考慮到式(6-1)，(6-2),式(6-3)可以寫(xiě)成G苗(6-23)GXdXd XfXoXi由式(6-23)可見(jiàn)，閉環(huán)增益 GGfGXdXd HXo 與(1 + GH)GXdXd GHXd有關(guān)：6.2反饋控制基礎(chǔ)在電路中一般有一個(gè)輸入量和輸出量。輸出或輸入可以是電壓或電流。輸出與輸入之比稱為電路的增 益?？刂葡到y(tǒng)中，被控制量(輸出)與控制量(輸入)之比通常稱為傳遞函數(shù)。一個(gè)控制系統(tǒng)通常有許多 中間級(jí)，前級(jí)的輸出往往是后級(jí)的輸入，而后級(jí)的輸入作為前級(jí)的負(fù)載。因此，系統(tǒng)總的傳遞函數(shù)是各級(jí) 傳遞函數(shù)的乘積。如果將系統(tǒng)輸出量的部分或全

2、部回輸?shù)捷斎攵?，?duì)輸入信號(hào)起作用，這就是反饋控制。如果反饋信號(hào) 消弱輸入信號(hào)，就稱為負(fù)反饋；如果反饋信號(hào)加強(qiáng)輸入信號(hào)，就稱為正反饋。正反饋會(huì)引起電路的不穩(wěn) 定，通常采用負(fù)反饋，避免正反饋。6.2.1反饋方框圖和一般表達(dá)式為討論方便，我們以反饋放大器為例，討論反饋的一些性質(zhì)。為了改善放大器的特性：穩(wěn)定增益，改變輸入輸出阻抗，提高抗干擾能力，或穩(wěn)定輸出量，常給放大器引入負(fù)反饋。反饋放大器方框圖如圖6.12所示。圖6.12中參數(shù)定義如下：開(kāi)環(huán)增益G，或基本放大器增益為G卷Xd反饋系數(shù)H定義為Xf H -Xo而閉環(huán)增益G f定義為18(1) 若1 GH 1,則Gf G，即引入反饋后，增益減少了，這種反

3、饋稱為負(fù)反饋。(2) 若1 GH G，引入反饋以后。增益增加了，這種反饋稱為正反饋。正反饋雖 然使得增益增加，但使放大器工作不穩(wěn)定，很少應(yīng)用。(3) 若1 GH = 0,則Gf這就是說(shuō)，沒(méi)有輸入信號(hào)，放大器仍然有輸出，這時(shí)放大器成了一 個(gè)振蕩器。6.2.2反饋深度與深度負(fù)反饋1 GH是衡量負(fù)反饋程度的當(dāng)1 GH 1就是負(fù)反饋。1 GH越大，放大器增益下降越多，因此 一個(gè)重要指標(biāo)，稱為反饋深度。如果1 GH 1,稱為深度負(fù)反饋，即GH 1,由式(6-23)得到GfG1 GHGGH(6-24)由式（6-24）可以看到，深度負(fù)反饋放大器的閉環(huán)增益等于反饋系數(shù)的倒數(shù)。如果反饋電路由無(wú)源元 件例如電阻構(gòu)

4、成，則閉環(huán)增益是非常穩(wěn)定的。式（6-23 ）右邊分母中的 1 是Xd Xi Xf 輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的差值信號(hào)放大器的凈輸入信號(hào)。GH 1,就是說(shuō)反饋信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于凈輸入信號(hào)。如果反饋信號(hào)是電壓，凈輸入電壓為零，稱為虛 短；如果反饋信號(hào)為電流，則凈輸入為零。稱為虛斷。6.2.3環(huán)路增益如果將輸入短路，凈輸入處斷開(kāi)，在基本輸入端 （圖6.12）的總增益稱為環(huán)路增益。因?yàn)閄iXda, 經(jīng)基本放大器輸出反饋網(wǎng)絡(luò)回到輸入斷開(kāi)處Xf，所以Xd Xf ,所以環(huán)路增益為XbGH(6-25)6.2.4負(fù)反饋放大器的類型根據(jù)輸出取樣（電壓或電流）和反饋信號(hào)與輸入信號(hào)連接方式（串聯(lián)還是并聯(lián)），負(fù)反饋有四種拓 撲：a

5、. 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路拓?fù)潆妷捍?lián)負(fù)反饋電路拓?fù)淙鐖D6.13所示。Ri和R2組成分壓器，將輸出電壓的一部分反饋到輸入端,與凈輸入電壓串聯(lián)，故稱為電壓串聯(lián)反饋。電路作用在輸入電壓不變時(shí)，當(dāng)負(fù)載變化，或放大器電源變化，或 電路參數(shù)引起電壓放大倍數(shù)變化時(shí)，如果沒(méi)有反饋，輸出電壓 將變化較大 U。例如引起輸出電壓增加，如果有反饋，則有U o U f U d iUoJ可見(jiàn)穩(wěn)定輸出電壓?；娟P(guān)系因?yàn)槿与娐放c輸出電壓并聯(lián)，反饋取樣是電壓取樣，輸入是串聯(lián)，電壓加減，將方框圖中所有X替換成U，反饋電壓為oU fR2UoR2且反饋系數(shù)為HvUfR2UoR R2從圖中可以看到，凈輸入電壓 Ud Ui Uf，這就是

6、說(shuō)，反饋信號(hào)消弱了輸入信號(hào)，即沒(méi)有反饋時(shí)，全部輸入信號(hào)加在放大器的輸入端；有反饋時(shí)，反饋信號(hào)只是一部分（ud）加在輸入端，提供基本放大器放大。放大器開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)為GvUo電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器的閉環(huán)增益為GvfUo GvU? 1 HVGV如果1 GH 1,即深度負(fù)反饋，則閉環(huán)增益為Gv11 HvGvHvR1 R2R2或深度負(fù)反饋時(shí)，凈輸入為零虛短，Uj（6-26）R2，也可以得到相同結(jié)果。這就是運(yùn)算放大器中同相放大+GgUdUflc圖6.14電壓串聯(lián)負(fù)反饋Ui -oHrUfI oRsIoIoRs器。一般Hv小于1,要使GH 1,只有G1，這就要求放大器很高的電壓放大倍數(shù)才能達(dá)到深度負(fù)反 饋。

7、b. 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路拓?fù)鋱D6.14為電流串聯(lián)負(fù)反饋。輸出電壓為負(fù)載電阻Ri上的電壓。如忽略放大器的輸入電流，取樣電阻Rs上電壓與負(fù)載電流成正比，此電壓反饋到輸入端，與凈輸入電壓串聯(lián)，故稱為電流串聯(lián)負(fù)反饋。應(yīng)當(dāng)注 意到與電壓反饋的區(qū)別：電壓反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)（R1和R2）與輸出電壓并聯(lián)，如果輸出短路，則反饋消失；而電流反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)（Rs）與輸出電壓串聯(lián)，即使 Rl= 0,即輸出電壓為零，反饋電壓依然存在。電路作用當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，因某種原因（例如負(fù)載電阻減少）使 輸出電流加大，由于存在負(fù)反饋，有l(wèi)off Uffi UdII o J可見(jiàn)電流串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流。在電源中為恒流或限流狀 態(tài)?；?/p>

8、關(guān)系因?yàn)槿与娏?，方框圖中輸出量X。為電流Io，輸入部分是串聯(lián)，與電壓串聯(lián)反饋相同X為電壓U。因此反饋電壓U f loRs，則反饋系數(shù)為與電壓串聯(lián)反饋相似，反饋電壓消弱了輸入電壓，是負(fù)反饋。開(kāi)環(huán)增益為GgUd而閉環(huán)增益為gfIoUiGg1 HrGg深度負(fù)反饋時(shí)，閉環(huán)增益為（同樣可以用虛短得到Uj Uf IoRs）Ggf1Rs電流串聯(lián)負(fù)反饋的電壓增益為GvfUoUiIoRlUiGgf RLRRs(6-27)c. 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 電路拓?fù)潆妷翰⒙?lián)負(fù)反饋電路拓?fù)淙鐖D6.15所示。反饋信號(hào)從輸出端直接通過(guò)電阻R2引回到輸入端。如果將輸出端短路，R2與放大器輸入端并聯(lián)，不隨輸出變化而變化，故為電壓反饋；

9、反饋電壓與輸入端并聯(lián)，稱 為并聯(lián)反饋。并聯(lián)反饋與凈輸入電壓并聯(lián)，反饋只能改變凈輸入電流。因輸出與輸入反相，輸出幅度加 大，反饋電流加大，凈輸入電流減少，故為負(fù)反饋。電路作用電壓反饋同樣穩(wěn)定輸出電壓?；娟P(guān)系如果是深度負(fù)反饋，放大器開(kāi)環(huán)增益非常大，在有限輸出電 壓時(shí)，輸入電流和輸入電壓近似為零虛斷虛地。因此，有Ui Ud Ud UoR1R2因U d = 0,得到輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為Gvf主昱(6-28)UiR這就是運(yùn)算放大器中反相運(yùn)算的反相放大器。電流并聯(lián)反饋在電源中應(yīng)用較少，這里不作介紹。6.2.5負(fù)反饋對(duì)放大器性能改善 負(fù)反饋降低了增益，但是帶來(lái)放大器性能改善。a. 穩(wěn)定電路增益電路的

10、增益(放大倍數(shù)或傳遞函數(shù))隨著環(huán)境溫度、元器件老化或更換、工作點(diǎn)變化和負(fù)載變化導(dǎo)致 輸出的改變。引入負(fù)反饋以后，當(dāng)輸入信號(hào)一定時(shí)，能維持輸出基本穩(wěn)定。在深度負(fù)反饋時(shí)，閉環(huán)增益近 似為1/H，一般反饋網(wǎng)絡(luò)是電阻元件，因此反饋放大器增益比較穩(wěn)定?，F(xiàn)從理論上予以說(shuō)明。假定由于更換元件使開(kāi)環(huán)增益變化對(duì)閉環(huán)增益的影響：我們將開(kāi)環(huán)增益、閉環(huán) 增益，反饋系數(shù)都用其模表示，閉環(huán)增益為GfG(6-29)1 HG對(duì)G求導(dǎo)數(shù)dGf (1 GH ) GH12 2dG (1 GH )(1 GH )因?yàn)镚f G(1 GH)，所以dGf 1 dG (6-30) Gf (1 GH) G可見(jiàn)，有負(fù)反饋以后，閉環(huán)增益的相對(duì)變化量

11、比開(kāi)環(huán)增益相對(duì)變化量低1 (1 GH )，反饋越深，閉環(huán)增益越穩(wěn)定。b. 減少干擾對(duì)輸出影響如果有一個(gè)噪聲信號(hào) Xn進(jìn)入到反饋環(huán)內(nèi)(圖 6.16)，如果沒(méi)有反饋將在輸出端引起Xn；當(dāng)有反饋時(shí)，由于反饋的作用使得輸出中僅為Xnf,反饋到輸入端 H Xnf,由于在輸入信號(hào)不包含 Xn，所以凈輸入的干擾分量為-H Xnf，再經(jīng)過(guò)放大與進(jìn)入的干擾信號(hào)相減，因此有Xnf Xn HGXnf因此得到Xn1 GH可見(jiàn)，負(fù)反饋對(duì)干擾信號(hào)有抑制作用，反饋愈深，抑制能力愈 強(qiáng)。但應(yīng)當(dāng)注意到，負(fù)反饋只抑制串入到反饋環(huán)路內(nèi)的噪聲與 干擾，不能抑制環(huán)外以及來(lái)自輸入信號(hào)的噪聲和干擾。Xnf(6-31)c.擴(kuò)展頻帶設(shè)開(kāi)環(huán)帶寬

12、為BW并假設(shè)電路只有一個(gè)高頻轉(zhuǎn)折頻率，則開(kāi)環(huán)高頻增益可表示為Go圖6.16負(fù)反饋減少進(jìn)入反饋環(huán)的噪聲譽(yù)干擾GH1中Th式中Go為中頻開(kāi)環(huán)帶寬。當(dāng)加入反饋以后，有Go (1 j(f/fH)1 FGo (1 j(f/fH)GF)，得到GGhGHf1 FGh上式分子與分母同除以(1GoGoF j(f fH)式中GHfGof1 j(f fHf )(6-32a)Go fGo1FGoHf f H (1 F Go)(6-32b)可見(jiàn)，有了反饋以后，系統(tǒng)帶寬增加了。從以上結(jié)果不難得到, 積。有反饋時(shí)的相位移為開(kāi)環(huán)增益一帶寬積等于閉環(huán)增益一帶寬arcta n-fHf(6-32c)6.2.6負(fù)反饋輸入、輸出電阻的

13、影響 輸入電阻串聯(lián)反饋開(kāi)環(huán)輸入電阻為RiId閉環(huán)時(shí)，輸入電阻為Rif生 Ud UfIiIiUd GHUdId(1 GH)R(6-33)串聯(lián)反饋提高輸入電阻。并聯(lián)反饋開(kāi)環(huán)輸入電阻于串聯(lián)相同。閉環(huán)輸入電阻為RfUdid if5RiId GHId 1 GH(6-34)并聯(lián)反饋降低輸入電阻。輸出電阻 電壓反饋負(fù)載電阻是從負(fù)載端向放大器看得等效電阻（圖6.17）。若開(kāi)環(huán)輸出電阻為Ro和反饋電阻并聯(lián)。一般應(yīng)反饋電阻遠(yuǎn)大于開(kāi)環(huán)輸出電阻，故忽略反饋電阻的影響。有電壓反饋以后，為了計(jì)算輸出電阻，將負(fù)載斷 開(kāi)，計(jì)算出放大器的開(kāi)路電壓為UosG0GoHXi放大器開(kāi)環(huán)輸出電阻為R。，輸出短路，輸出電壓為零，沒(méi)有反饋，

14、則短路電流為OSGoXi則反饋時(shí)輸出電阻為U ooRoRof I os 1 GoH可見(jiàn)，電壓反饋減少輸出電阻（R。 Ro / RFb ）。電流反饋增加輸出電阻，這里不做推導(dǎo)。6.2.7負(fù)反饋放大器穩(wěn)定問(wèn)題在前面的討論中可以看到，負(fù)反饋放大器性能改善都與1 GH有關(guān)，GH越大，放大器性能越優(yōu)良。但是，如果反饋太深，有時(shí)放大器不能穩(wěn)定地工作，而產(chǎn)生 振蕩現(xiàn)象，稱為 自激振蕩。這時(shí)不需要外加信號(hào)，放大器就會(huì)有 一定頻率的輸出。這就破壞了放大器的正常工作，應(yīng)當(dāng)盡量設(shè)法 避免。(6-35)圖6.17電壓負(fù)反饋的反對(duì)輸出電阻影響a.負(fù)反饋?zhàn)约ふ袷幵谥蓄l范圍內(nèi)，負(fù)反饋放大器有相位移2n 180 , n=0,

15、1,2 ，(a, f 分別是 G 和H的相角），Xf與Xi同相，Xd是Xi與Xf兩者之差，表現(xiàn)出負(fù)反饋?zhàn)饔?。但?dāng)頻率提高時(shí)，AF將產(chǎn)生附加相移。如果附加相移達(dá)到a f (2n1) 180n=0,1,2,，Xf與Xi變?yōu)榉聪?，Xd是Xi與Xf兩者之和，導(dǎo)致輸出增大，甚至沒(méi)有輸入，由于電路的 瞬態(tài)擾動(dòng)，在輸出端有輸出信號(hào)，再經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)路反饋到輸入端，得到Xd 0 Xf HXo ,在經(jīng)放大得到一個(gè)放大后的信號(hào) GHXo。如果這個(gè)信號(hào)正好等于Xo，有Xo GHXo即GH 1（6-36）電路產(chǎn)生自激振蕩?？梢?jiàn)，負(fù)反饋?zhàn)约ふ袷幵蚴荋與G附加相移。b. 負(fù)反饋放大器穩(wěn)定工作條件從以上分析可以知道，自激振蕩

16、的環(huán)路增益的幅值與相位條件為GH 1（6-37）a f 2n 1, n 0,1,2.為了避免自激振蕩，放大器穩(wěn)定工作，必須破壞上述兩個(gè)條件：即在GH 1時(shí)相位移a f 2n 1 ，或相位 a f 2n 1 時(shí)GH 1 （圖6.18）。這是工程上判斷放大器穩(wěn)定的 判據(jù)。設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)，補(bǔ)償后要保證在G（dB） 0時(shí)，相位有m=45相位裕度，即135 ;或相位180時(shí)，增益有 Gm= - 10dB的增益裕度。這樣才不至于在由于溫度、電路參數(shù)、元器件更換而造成進(jìn)一步附 加相移引起電路不穩(wěn)定。負(fù)反饋電路振蕩是因?yàn)樵谀硞€(gè)頻率環(huán)路相移180,同時(shí)增益為1（0dB）。一般反饋系數(shù)（取樣分壓比）H是電阻構(gòu)成的

17、，相移由放大器內(nèi)部相移造成的。我們來(lái)考察一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器， 低頻反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，如果某一個(gè)頻率通過(guò)放大器又附加 相移180 ,負(fù)反饋?zhàn)兂烧答?，才可能引起振蕩。相?80。的放大器至少應(yīng)當(dāng)有3個(gè)轉(zhuǎn)折頻率（三個(gè)極點(diǎn)），即G(f)Gm(1 j f f1)(1 j f f2)(1 j f f3)從頻率特性知道，每個(gè)極點(diǎn)最大相移90 ,單極點(diǎn)決不可能自激振蕩。雖然兩個(gè)極點(diǎn)可以達(dá)到180 ,但達(dá)到180對(duì)應(yīng)的頻率的增益為零，不滿足自激條件。有三個(gè)極點(diǎn)的放大器也不一定自激振蕩。例如，放大器開(kāi)環(huán)增益為1000, （ 60dB）。情況 a.三個(gè)極點(diǎn)頻率相等，f1= f2=f3=5kHz; b.

18、三個(gè)極點(diǎn)頻率分別為f1=1kHz,f2=50kHz, f3=500kHz.。如果反饋系數(shù)均為1/10,即-20dB.用20dB直線與放大器開(kāi)環(huán)頻率特性相交，交點(diǎn)為環(huán)路增益0dB點(diǎn)（增益為1）對(duì)應(yīng)頻率為22.6kHz。相移為3arctan丄 3 77.55233f1b,反饋系數(shù)為20dB,有20dB(20log1.1 (f fj220log11 (f f2)2超過(guò)180 ,不符合穩(wěn)定條件。而對(duì)于三個(gè)極點(diǎn)頻率之間相距較遠(yuǎn)，如情況解得環(huán)路增益0dB點(diǎn)頻率f=65kHz,于是相移arctan arctan arctan 89 52.4 7.4148.8f1f 2f3情況b雖然也是三個(gè)極點(diǎn)，但極點(diǎn)頻率分

19、散，在一定的反饋深度下，可以不振蕩。但在開(kāi)關(guān)電源中， 輸出電壓一定，基準(zhǔn)電壓可選擇的范圍很小，那么反饋系數(shù)-取樣分壓比也是確定的。例如分壓比是 2.5/5=0.5 （輸出電壓為 5V，基準(zhǔn)2.5V）， 6dB。如果開(kāi)環(huán)幅頻特性即使和情況b 一樣，0dB頻率為160kHz，相移角180，正好自激。從以上的例子可以看到，如果環(huán)路增益幅頻特性以-20dB/dec穿越，盡管有多個(gè)極點(diǎn)，也不會(huì)自激振蕩，這是穩(wěn)定的第一個(gè)判據(jù)。為保證足夠的相位裕度，不會(huì)因?yàn)殡娐贩植紖?shù)等影響，保證穿越頻率時(shí)相 位有45相位裕度。這是第二個(gè)穩(wěn)定判據(jù)。在開(kāi)關(guān)電源中輸出濾波器在諧振頻率有兩個(gè)極點(diǎn)，同時(shí)分壓比（采樣）是基本固定的，

20、可以改變的只 有誤差放大器。在下面將看到可以通過(guò)改變誤差放大器的頻率響應(yīng)來(lái)保證電源的閉環(huán)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。6.3運(yùn)放的運(yùn)用為了分析方便，先把運(yùn)放視為理想器件。理想運(yùn)放具有：開(kāi)環(huán)電壓增益Guo= g;輸入電阻ri=g;輸出電阻r=o；開(kāi)環(huán)帶寬BW = g;當(dāng)同相端電壓 up=un反相端電壓，輸出 uo=0;沒(méi)有溫度漂移。根據(jù)工作線性區(qū)的理想運(yùn)放，利用理想?yún)?shù)導(dǎo)出以下重要結(jié)論：1）理想運(yùn)放兩輸入端之間電壓差為零，即Ui=Up-Un=O，即Up = Un。這是因?yàn)檩敵鲭妷菏茈娫措妷合拗?，?Guo = g ,因而 ui =0。2）因?yàn)檩斎腚娮鑢i= g和ui= 0,運(yùn)放輸入電流為零。實(shí)際運(yùn)放并不是理想

21、的，但在大多數(shù)情況下，可以作為理想運(yùn)放使用：例如閉環(huán)增益較低，被放大的 信號(hào)比較大。而在有些情況下必須考慮運(yùn)放的實(shí)際參數(shù)。6.3.1反相比例運(yùn)算圖6.19為反相運(yùn)算放大器。從反饋上講，屬于電壓并聯(lián)反饋拓?fù)?。輸出電阻低，而輸入電阻就是Ri。理想運(yùn)放輸入電流為零，輸入電壓也為零。因此有Ui Uo所以，輸出電壓UoU i（6-38）Ri可以看到，輸出與輸入成線性關(guān)系，負(fù)號(hào)表示輸出于輸入相 位相反，為反相比例運(yùn)算。但是應(yīng)當(dāng)注意到：a. 反相運(yùn)算兩個(gè)輸入端接近地電位，共模電壓很小，不會(huì)引 起共模誤差，因此，大部分運(yùn)算電路是反相運(yùn)算。b. 在實(shí)際電路中，在同相輸入端通過(guò)電阻R=R1/R2接地。這在放大mV

22、級(jí)小信號(hào)時(shí)特別重要，如果Rm R1/R2，運(yùn)放偏置電流在兩個(gè)輸入端電阻上壓降不等，此電壓差被放大，引起輸出誤差。c. 因放大電路一般安裝在印刷電路板上，R1和R2在數(shù)值上不能大于1M Q,避免PCB線間漏電流影響；同時(shí)也不能太 小，受到運(yùn)放輸出電路的拉電流和灌電流（一般小于10mA，因而 R22kQ ）的限制。d. 如果用一個(gè)分壓器組成輸入電路（圖6.20），則R1= R3/R4。e. 輸出最大幅值受到電源及輸出管飽和壓降限制，即如果電源 Vcc= 15V，輸出最大幅值為電源電壓減去飽和壓降。還應(yīng)當(dāng) 注意，正負(fù)飽和壓降一般不相等。f. 小信號(hào)放大時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意失調(diào)電壓、失調(diào)電流的影響。一般 除了

23、選擇失調(diào)電壓和失調(diào)電流較小的運(yùn)放以外，還應(yīng)當(dāng)在電 路上采取措施，消除失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響。實(shí)例如圖6.21所示。Io =圖6.21中通過(guò)檢測(cè)電阻Rs（0.72m Q ）檢測(cè)輸出電流（030A ），要求在 Io=2A 時(shí)，輸出 0.375V。圖6.20分壓器輸入的反相比例當(dāng) Io=2A 時(shí)，Rs 上 電壓為 Us=0.72 X 10-3 X 2=1.44 X10-3V。需要閉環(huán)放大倍數(shù)為10k電位器串聯(lián)調(diào)A=Uo/U s=0.375/（1.44 X 10-3）=260 倍=26k/100。通常用一個(gè) 22k 固定電阻與一個(gè) 節(jié)代替。由于輸入信號(hào)小于 1mV，與輸入失調(diào)電壓同等數(shù)量級(jí)，這里選用

24、失調(diào)電壓較小的CA3240運(yùn)放。同時(shí)用一個(gè)100k電位器將失調(diào)電壓調(diào)整掉。100k電位器和兩個(gè)100k固定電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入電阻(100Q)，避免運(yùn)算誤差。輸入端分別使用一個(gè)100 Q電阻，減少失調(diào)電流的影響。兩個(gè)輸入端調(diào)節(jié)失調(diào)電壓電阻很大，與兩端的100Q并聯(lián)，基本上不受偏置電流的影響。兩個(gè)4n7電容消除電流檢測(cè)尖峰干擾。g. 最大電阻限制。如果你要一個(gè)高增益的 放大器，例如 1000倍，你是否采用圖 6.22(a)電路？即使運(yùn)放有足夠的增益帶 寬，你是否就可以得到增益1000 ?不可能！沒(méi)有這樣的運(yùn)放和任何其它元件。 在電阻一節(jié)中 PCB上不能大于1M Q, 電路板上漏電流使你得不到 10M

25、 Q電 阻。如果你真要很大增益，你不是將圖6.22增益放大器如果反相輸入端是 10mV輸入，因?yàn)樘摰兀斎腚娏鳛?0mV/10k=1卩A，貝U A點(diǎn)電位為Ua=10k Q減少到 1k Q, 10M Q減少到 1M Q,而應(yīng)當(dāng)采用圖 6.22(b)電路。100k X 1卩A = 100mV。在1k電阻上流過(guò)的電流為 100卩A，此電流加上輸入 1卩A共101卩A , 在98k電阻上壓降為 101卩AX 98k Q = 9.9V，加上 A點(diǎn)電位 0.1V輸出10V，則放大倍數(shù)為10/0.01=1000。當(dāng)然要考慮偏置電流的溫度偏移的影響。6.3.2同相比例運(yùn)算圖6.23是一個(gè)同相放大器。從反饋的觀

26、點(diǎn)來(lái)看，它是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù) 反饋。具有輸出電阻低，輸入電阻高的特點(diǎn)。在深度負(fù)反饋時(shí)，禾U用虛短 得到R2Ui U f 2 UoR1R2則R(6-39)Uo (1 烈輸出與輸入成比例關(guān)系，相位相同，故稱為同相比例運(yùn)算。 同相放大器特點(diǎn)：a. 與反相放大器不同，同相放大器的反相輸入端跟隨同相輸入端信號(hào)變化而變化，有很大的共模信號(hào)。因此，要求選用共模抑制比(CMR )高的運(yùn)放。為此，大部分運(yùn)算電路采用反相電路拓?fù)?。b. 與反相放大器一樣，R=R1/R2，減少偏置電流的影響；c. 如果R2=或Ft=0),則Uo=Ui,稱為跟隨器。這是利用電壓串聯(lián)反饋高輸入阻抗和低輸出阻抗特點(diǎn)，經(jīng)常用在信號(hào)源內(nèi)阻較大而

27、負(fù)載電阻較小的中間級(jí)，作為隔離用。例如圖6.20中分壓器可以調(diào)整時(shí)，則等效電阻R1= R3/R4就要改變，從而改變了比例系數(shù)。當(dāng)要求比例固定不便，又要分壓器可調(diào)，一般在分壓器與比例(或積分)電路之間加一個(gè)跟隨器，使分壓器與后級(jí)電路互不影響。6.3.3 求和電路一加法器6.24所示。與圖6.19比較可以看到加法電路也是反相運(yùn)在電源中一般采用反相加法電路，電路如圖 算。根據(jù)理想運(yùn)放輸入電流為零得到U_丄 0RF2Ff因此有RfRUi!RfR2Ui2(6-40a)式中負(fù)號(hào)表示反相運(yùn)算。如果Ri =R2= Rf，則Uo (Uii Ui2)(6-40b)6.3.4 減法運(yùn)算差動(dòng)放大利用一個(gè)信號(hào)反相運(yùn)算，

28、再與另一個(gè)信號(hào)求和可以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。減法運(yùn)算也可以通過(guò)差動(dòng)放大，如圖6.25（ a）所示。從電路結(jié)構(gòu)可以看出，電路綜合了反相運(yùn)算和同相運(yùn)算。因?yàn)槭蔷€性電路故可用疊加原 理。圖6.24加法電路Uo圖6.25減法運(yùn)算差動(dòng)放大器UoiUo2i8如果Ui2=0,等效電路如圖（b）,是一個(gè)反相放大器，因此有U匹uU o1U i1Ri如果Uii=0,等效電路如圖（c）所示，是一個(gè)同相放大器，有Uo2R2R4R3R4Ui2當(dāng)兩個(gè)輸入同時(shí)作用，總的輸出為U0 U0i U02 i 養(yǎng)R4R3R4Ui2ii圖6.26電流放大器如果R2/Ri= R4/R3，則有(6-4i)實(shí)際差動(dòng)放大器的Uo 加 UiiR3= R

29、i, R4= R2,即R2/Ri= R4/R3。差動(dòng)放大器有較大的共模分量，要求選擇共模抑制比高的運(yùn)放，才能保證運(yùn)算精度。圖6.26所示電路是實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)例子。開(kāi)關(guān)電源中用一個(gè)電阻Rs檢測(cè)電流。為避免檢測(cè)電阻損耗太大，通常從零點(diǎn)幾 mV數(shù)百 mV。如果檢測(cè)電阻設(shè)計(jì)在地回 路中，檢測(cè)電阻前后的地電位相差電流檢測(cè)的電壓值。為此可以 將檢測(cè)電阻放在高端，如圖 6.26所示。這樣電流放大一般采用差 動(dòng)放大器，只放大差模電流檢測(cè)信號(hào)。但應(yīng)當(dāng)注意，應(yīng)選擇 CMR高的運(yùn)放，此外抑制共模信號(hào)與R2/Ri= R4/R3匹配精度有關(guān)。如果是5V，電阻匹配誤差i%，即使沒(méi)有共模信號(hào)，輸出仍 有50mV共模。如果價(jià)

30、格允許，可以用o.i%公差電阻，也可以用 i%電阻選配。6.3.5 積分運(yùn)算圖6.27是一個(gè)反相運(yùn)算積分器。根據(jù)反相放大器的基本關(guān)系利用拉普拉斯算子s得到23Uo(s)Z2(s)Zi(s)Ui(s)IsCui(s)Ui(s)RsRC(6-42)由拉氏反變換得到1Uo(t) Ui(t)dtRC可見(jiàn)輸出與輸入成積分關(guān)系。 如果輸入為階躍函數(shù)，則1Uo(t)U i (t)dtRC輸出成線性增長(zhǎng)。如果用實(shí)際頻率代替復(fù)變量(6-43)s.RC式(6-23)可以寫(xiě)成Uo1( 6-44)j RC可見(jiàn)，不管任何頻率，輸出與輸入相移除了反相運(yùn)算固有180 相移外，還要滯后 90。并隨著頻率增加輸出電壓反 比下降

31、。按照式(6-44)似乎在直流(3= 0 )時(shí)，增益為 無(wú)窮大。實(shí)際上運(yùn)放增益是有限的，由開(kāi)環(huán)增益決定。實(shí)際運(yùn)放存在失調(diào)電流和失調(diào)電壓，在積分時(shí)間常數(shù)較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的積分誤差。積分電容的漏電流也造成 積分誤差。圖6.27積分電路和階躍輸入的輸出波形6.3.6微分運(yùn)算將圖6.26積分運(yùn)算的電阻和電容位置對(duì)調(diào)，即為微分運(yùn)算，如圖 關(guān)系運(yùn)用拉普拉斯算子有Z2(s)乙(S)Uo(s)Ui(s)R盂Ui(s)sRCUi(s)6.28所示。同樣根據(jù)反相運(yùn)算的基本(6-45)(b)圖6.28微分電路和階躍響應(yīng)式(6-45 )拉氏反變換得到dUi(t)Uo(t) RC dt可見(jiàn)，輸出于輸入成微分關(guān)系。微分運(yùn)算的階躍響應(yīng)如圖6.28b所示。一般信號(hào)源總有一些內(nèi)阻，在t=0時(shí)，輸出電壓為電源電壓限幅。隨著電容充電，輸出電壓逐漸衰減，最后趨于 零。因此，微分電路輸出反映輸入信號(hào)的變化部分。在討論頻 率特性的低頻響應(yīng)中也討論了微分電路，這里輸出相位超前輸 入 90。6.3.7 Ven able校正網(wǎng)絡(luò)Ven able提出三類補(bǔ)償放大器：1類，n類和川類放大器。分別如圖 6.27,