集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用電路中虛短和虛斷的概念

集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用電路中虛短和虛斷的概念

0用電路時(shí)的原理在向?qū)W生講述集成運(yùn)算器的線性應(yīng)用電路時(shí)，有必要介紹虛短和虛斷的概念。通常,教材中把虛短和虛斷概念闡述為:由于理想運(yùn)放的差模電壓增益A1運(yùn)放輸出端是否可以被正常放(1)對(duì)虛短的疑問(wèn)通用型運(yùn)放的差模電壓增益A按照以往建立的虛短概念,就會(huì)有如下疑問(wèn):(1)虛短是否合理問(wèn)題。因?yàn)閷?duì)于小信號(hào)或弱信號(hào)而言,1.3mV的輸入電壓已經(jīng)不能認(rèn)為是太小的信號(hào)了,特別是從傳感器獲得的信號(hào)甚至比該值還小,若1.3mV都能忽略,豈不是運(yùn)放輸出端不會(huì)得到被正常放大的信號(hào)了嗎?(2)對(duì)已知頻率不高且動(dòng)態(tài)范圍小于1.3mV的輸入信號(hào),運(yùn)放直接開(kāi)環(huán)應(yīng)用,豈不是能獲得更好的放大效果嗎?(3)雖然接受了虛短概念,但如何量化地選擇外圍器件參數(shù),才能滿足運(yùn)放線性應(yīng)用的要求?(2)對(duì)虛斷的疑問(wèn)由于通用雙極型運(yùn)放差模輸入電阻r問(wèn)題提得很尖銳,也非常合理。但是如何能科學(xué)合理地回答并解決這些問(wèn)題,還需要深入研究。筆者認(rèn)為,只有從原理上闡述清楚運(yùn)放線性應(yīng)用電路為何必須施加深度負(fù)反饋,才能得到滿意的所需結(jié)果或結(jié)論。2負(fù)回報(bào)的概念和功能2.1放大電路參數(shù)設(shè)計(jì)放大電路中的負(fù)反饋可以理解為,把放大器輸出信號(hào)的一部分或者是全部,按照一定方式,通過(guò)反饋通路送回到輸入回路,影響凈輸入量,使凈輸入量減小,進(jìn)而影響整個(gè)電路的性能。帶有負(fù)反饋的放大電路在中頻段各種參數(shù)為實(shí)數(shù)范圍之內(nèi),可抽象如圖1表示。其中,x該放大電路的閉環(huán)增益為一般把上式中的分母(1+A2.2負(fù)反饋對(duì)放大電路的輸入量的影響討論虛短和虛斷問(wèn)題更關(guān)心負(fù)反饋對(duì)輸入回路參數(shù)的影響。當(dāng)滿足(1+A串聯(lián)深度負(fù)反饋時(shí),有u并聯(lián)深度負(fù)反饋時(shí),有i2.3放大電路及其改進(jìn)雖然我們把滿足(1+A對(duì)于工程應(yīng)用放大電路來(lái)講,一般對(duì)精度要求并不是很高,相對(duì)誤差≤10%的放大器已經(jīng)足夠滿足要求了。因此,當(dāng)取A3虛短和虛斷的形成機(jī)理由于虛短和虛斷均發(fā)生在運(yùn)放的輸入端,而負(fù)反饋組態(tài)在輸入回路只有串聯(lián)或并聯(lián)兩種形式,所以可以通過(guò)圖2所示兩個(gè)典型的運(yùn)放線性應(yīng)用電路作為實(shí)例,闡述虛短和虛斷的形成機(jī)理。1)串聯(lián)負(fù)反饋形式如圖2(a)電路,反饋系數(shù)F通過(guò)對(duì)圖2(a)電路的討論可知:u2)并聯(lián)負(fù)反饋形式如圖2(b)所示的電路反饋系數(shù)F通過(guò)對(duì)圖2(b)電路討論,可得到u3)關(guān)于虛短和虛斷的結(jié)論由于負(fù)反饋組態(tài)在輸入回路只有串聯(lián)或并聯(lián)兩種形式,通過(guò)以上討論得到的結(jié)論是:無(wú)論集成運(yùn)放采用串聯(lián)或并聯(lián),只要反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)合理,滿足深度負(fù)反饋條件,均能得到u4配套元件參數(shù)分析與驗(yàn)證雖然運(yùn)放開(kāi)環(huán)差模增益很大,輸入電阻也很高,加入負(fù)反饋后很容易滿足深度反饋條件,但是并不是僅僅存在負(fù)反饋就能達(dá)到要求。我們應(yīng)考慮實(shí)際運(yùn)放參數(shù),做好量值上的分析與驗(yàn)證,以判斷配套元件參數(shù)是否合理。例如,若假設(shè)某運(yùn)放開(kāi)環(huán)差模增益A對(duì)于圖2(a)電路,結(jié)合運(yùn)放A一般而言,對(duì)于反饋通路電阻如圖2中R5運(yùn)放線性應(yīng)用中的問(wèn)題和思維方式問(wèn)題,都有雜教師在“電路原理”課程的講述方式上,無(wú)論是分析電路還是設(shè)計(jì)電路,都采用了嚴(yán)密思維方式。而“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程在講述方式上,往往采取近似的工程方法,主要采用定性分析與近似求解的方法,即按照盡量簡(jiǎn)化問(wèn)題的思維方式處理問(wèn)題。雖然這兩門(mén)課程前后的知識(shí)聯(lián)系緊密,但分析與解決問(wèn)題的做法和思維方式卻相差甚大。講授“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教師,都會(huì)感覺(jué)到初學(xué)該課程的學(xué)生理解和接受工程思維方式存在困難。本文所介紹的運(yùn)放線性應(yīng)用中虛短和虛斷問(wèn)題,采用的就是從嚴(yán)密思維分析問(wèn)題向工程化近似求解方式逐步過(guò)渡的一種方法,既嚴(yán)密地推導(dǎo)了帶有負(fù)反饋放大電路的理論表達(dá)形式,又根據(jù)深度負(fù)反饋條件采取了近似計(jì)算。不僅介紹了深度負(fù)反饋條件下運(yùn)放線性應(yīng)用時(shí)定性分析問(wèn)題和定量設(shè)計(jì)電路的方法,而且又結(jié)合運(yùn)放具體參數(shù)