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运算放大器4-深度负反馈分析和电流型运放的可靠设计

时间:2019-09-12 14:34:20

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运算放大器4-深度负反馈分析和电流型运放的可靠设计

深度负反馈分析和电流型运放的可靠设计

一、从深度负反馈角度分析可靠设计

运放器件本身具有特定的参数性能以外,当它们构成电路时,也会产生一些有别于其它电路的特殊概念,了解和掌握这些概念,是设计可靠运放电路和分析电路潜在隐患的基础。

1、深度负反馈------下图所示负反馈放大电路中,闭环放大倍数Af = A/(1 + AF)。在中频段,A、F、Af均为实数,则当A很大时,1+AF>>1, Af≈1/F, 它意味着:电路放大倍数几乎仅仅决定于反馈网络,而与基本放大电路无关。这就是所谓的深度负反馈的概念。

负反馈放大电路框图

深度负反馈的意义在于:由电阻、电容等无源器件构成的反馈网络不容易受到环境温度的影响,因而放大倍数可以获得很高的稳定性。运放作为反馈环路中的基本放大电路时,放大倍数(Aod)越大,则实现深度负反馈就越容易,运放电路的闭环增益也越稳定。

虚短一一运放电路特有的概念,来源于理想运放开环增益Aod无穷大的假设。所谓“虚短”是指运放的两个输入端电位无限接近,但又不是真正短路的特点。

虚断一一运放电路特有的概念,来源于理想运放输入阻抗无穷大的假设。所谓“虚断”是指集成运放两个输入端的电流趋于零,但又不是真正断路的特点。

虚地一一只存在于反相放大电路中。当反相放大电路的正输入端接地时,根据“虚短”的概念,正负输入端的电位应该相等,即都等于零电位,这就是所谓的“虚地”。

“虚地”的意义体现在消除了共模超界的顾虑,因为无论输入任何信号,共模输入电压总是等于零。

二、电流型运放电路的可靠设计

电流反馈型运放 (CFB):

传统的集成运放都是电压放大电路,以电压作为输入和输出信号。在反馈时,无论引入什么形式的反馈,最终必然通过产生差模输入电压,并经运放进行放大,故称此类电路为电压反馈型运算放大器(即:VFB),然而,由于以电压模电路为基础构筑的VFB器件在频率特性方面有着天然的劣势,因此便有了以电流模电路为基础的电流反馈型运放 (CFB)。CFB电路以电流为输入信号,以电压为输出信号。当反相输入端产生电流Ierror时,后级电路将Ierror逐级放大,最终转化成电压输出

电流反馈型运放模型

由电流反馈型运放模型可知电流型运放的开环增益是一个电阻的概念 (Vout/li),因此它也被称为互阻运算放大器

1、电压反馈型和电流反馈型传递函数对比

可见电压反馈型: Vo只与Rf和Rg的比值、以及开环增益A(s)有关。

可见电流反馈型: Vo除了与G、Z(s)有关以外,还与Rf的大小有关。

2、电流型运放设计要点:

在电路形式上,电流型运放的设计与电压型运放相比,基本没有太大差异。但是由于两者的放大原理上存在本质区别,因此需要重点关注以下几个方面:

(1)、由于电流型运放输出为电压,输入为电流,因此,它不能通过输出直接反馈回输入的方式构成跟随器,也不能在反馈电路中直接并电容,解决的办法是在电路中串入电阻。

电流型运放受限设计电路的解决方案

(2)、设计电路时,电阻严格按照器件手册给出的建议取值。因为在闭环电路中,VFB的

传递函数仅与自身的开环增益以及外围电阻的比值有关,而CFB不仅与增益和

电阻比值相关,还与外围电阻的阻值相关,不同的阻值,对应不同的频率以及

相位特性

(3)、电流型运放不能直接用在电压比较电路当中。

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