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[求助] 想请教大神这个运放电路怎么分析,求大神指教,感激谢谢

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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-1-16 11:38:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
运放的正负输入级那里的C31和C20什么作用,还有前面一大堆电阻电容什么组合,还有这个运放的放大倍数怎么算,麻烦大神帮我分析下电路,不胜感激
此帖出自汽车电子论坛
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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-1-16 17:21:07 | 显示全部楼层
菜鸟作答:C31,滤波;C20,RC滤波(注意R54)。前面一大堆,同样……滤波……这个电路抗干扰能力,非常强。(下班了,放大倍数,自己算)


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-17 11:04:36 | 显示全部楼层
本帖最后由 gmchen 于 2017-1-17 11:10 编辑

C20与R54构成低通滤波,截止频率大约是700Hz。
C27与R30、R31、R38等构成反馈网络,该反馈网络有一个极点与一个零点,极点频率大约是100Hz,零点频率大约是1.6kHz,直流反馈系数是1/1.5。
所以放大器的直流放大倍数是1.5;在100Hz以后由于反馈网络极点的作用,幅频特性以每倍频程6dB的斜率升高;在700Hz以后由于C20与R54的作用,幅频特性趋于平坦,放大倍数接近15;在1.6kHz以后由于反馈网络零点的作用,幅频特性将按每倍频程-6dB的斜率下降。
C31的分析比较复杂,但是由于电容较小,可以预计它只在较高频率时才有影响,所以在分析时忽略低频段,那样可以得到它相当于在闭环频率特性的高频段增加了一个极点,频率大约是160kHz,也就是说这个放大器在160kHz以后的幅频特性将按照每倍频程-12dB的斜率下降。

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pqa
非常谢谢大神,怎么能给你打赏啊,哪个是极点,哪个是零点,求明示,还有你这些计算过程能拍个照给我或者写给我吗,我就是需要计算过程,  详情 回复 发表于 2017-1-17 17:20


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-1-17 17:20:21 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-1-17 11:04
C20与R54构成低通滤波,截止频率大约是700Hz。
C27与R30、R31、R38等构成反馈网络,该反馈网络有一个极点 ...

非常谢谢大神,怎么能给你打赏啊,哪个是极点,哪个是零点,求明示,还有你这些计算过程能拍个照给我或者写给我吗,我就是需要计算过程,


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-17 20:08:23 | 显示全部楼层
所有RC计算的公式都是一样的,就是:fc=1/(2*pi*R*C),其中fc是截止频率,pi是圆周率。
C20与R54构成低通滤波,截止频率就是按照上面公式算的。
C27与R30、R31、R38等构成反馈网络,该反馈网络的输入就是运放的输出电压,反馈电压就是运放反响输入端的电压,只要写出反馈电压的表达式,极点与零点、以及直流反馈系数也就立刻知道。反馈电压表达式可以用欧姆定律得到,只要记得电容的阻抗是1/(j*2*pi*f*C)即可。
分析C31时,做了一个近似,因为只考虑高频端,所以假定C27(包括C26)的容抗都很小以致可以认为短路,其他的做法与上面的类似。

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pqa
非常谢谢大神,反馈网络的计算公式真不会写,想请问下这是自控里面的知识吗,极点,零点,请问你技术怎么学的这么好,你是名校毕业的学霸吗  详情 回复 发表于 2017-1-17 20:13


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-1-17 20:13:55 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-1-17 20:08
所有RC计算的公式都是一样的,就是:fc=1/(2*pi*R*C),其中fc是截止频率,pi是圆周率。
C20与R54构成低通 ...

非常谢谢大神,反馈网络的计算公式真不会写,想请问下这是自控里面的知识吗,极点,零点,请问你技术怎么学的这么好,你是名校毕业的学霸吗

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哈哈,俺读书的时候还没有学霸一词。  详情 回复 发表于 2017-1-17 20:40
pqa
这个RC滤波的计算公式是电路书里的知识,还是模电的知识  详情 回复 发表于 2017-1-17 20:15


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-1-17 20:15:28 | 显示全部楼层
pqa 发表于 2017-1-17 20:13
非常谢谢大神,反馈网络的计算公式真不会写,想请问下这是自控里面的知识吗,极点,零点,请问你技术怎么 ...

这个RC滤波的计算公式是电路书里的知识,还是模电的知识


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-17 20:30:36 | 显示全部楼层
不知道你是什么学历,听起来像是大学在校学生。
其实你说的那几个课程(自控、电路理论、模拟电路)中,都有关于前面讨论的知识:在复频域叫传递函数,在频域叫频率特性。不知道你是什么专业的。

点评

pqa
前辈您好,我是自动化专业的,说来惭愧,我毕业一年半了,本科在一个二本混了四年,当时模电自控怕挂科,认真学了不过现在也忘的差不多了,毕业后在一个小公司经常出差做安装工,学校里的东西更是丢完了,又打了一年  详情 回复 发表于 2017-1-17 22:17


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-17 20:40:10 | 显示全部楼层
pqa 发表于 2017-1-17 20:13
非常谢谢大神,反馈网络的计算公式真不会写,想请问下这是自控里面的知识吗,极点,零点,请问你技术怎么 ...

哈哈,俺读书的时候还没有学霸一词。

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pqa
前辈,那个计算我写在纸上了,但是零极点忘了怎么求,因为有个J在那里,不知道怎么带着J计算,求指教,谢谢啦  详情 回复 发表于 2017-1-18 09:42


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-1-17 22:17:59 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-1-17 20:30
不知道你是什么学历,听起来像是大学在校学生。
其实你说的那几个课程(自控、电路理论、模拟电路)中, ...

前辈您好,我是自动化专业的,说来惭愧,我毕业一年半了,本科在一个二本混了四年,当时模电自控怕挂科,认真学了不过现在也忘的差不多了,毕业后在一个小公司经常出差做安装工,学校里的东西更是丢完了,又打了一年半酱油,元旦后辞职去了家新公司,目前在这家公司能接触到研发的岗位,所以想好好学,无奈基础太差,所以最近上司要我分析这个图,公司只是买了这块板子,想稍微改改图用作类似产品的控制器,郁闷的狠,整个人又急躁


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-1-18 09:42:13 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-1-17 20:40
哈哈,俺读书的时候还没有学霸一词。

前辈,那个计算我写在纸上了,但是零极点忘了怎么求,因为有个J在那里,不知道怎么带着J计算,求指教,谢谢啦
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好吧,既然你是自动化专业毕业的,想必学过自控,这就好办了。 先说直流增益,你的计算是对的,我前面漏了加1,应该是2.5。 交流增益的式子也要加1(你的式子漏了)。 下面讨论如何从这个式子中得到零极点,为了  详情 回复 发表于 2017-1-18 10:32


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-18 10:32:04 | 显示全部楼层
pqa 发表于 2017-1-18 09:42
前辈,那个计算我写在纸上了,但是零极点忘了怎么求,因为有个J在那里,不知道怎么带着J计算,求指教,谢 ...

好吧,既然你是自动化专业毕业的,想必学过自控,这就好办了。
先说直流增益,你的计算是对的,我前面漏了加1,应该是2.5。
交流增益的式子也要加1(你的式子漏了)。
下面讨论如何从这个式子中得到零极点,为了讨论方便,下面用复频域的s代替频域的jw。
传递函数的标准形式是一个简分式(不能是繁分式),其中分子和分母都具有
K*(1+sT1)...(1+sT+s^2*T21T22)...的形式,其中每个括号代表一个极点(在分母中的)或零点(在分子中的)。可以有多个括号存在,类似T1的是一阶零极点,截止频率是1/(2*pi*T1),类似T21T22的是二阶零极点,截止频率是1/2*pi*sqrt(T21*T22),sqrt是平方根。
化简的过程是先将繁分式化为简分式,然后将分子分母中所有的常数项(不带s的项)作为K提出来,其余的项均除以K后整理成前述形式。
分子的系数K与分母系数K的比值就是直流增益。

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另外说一下,按照这个做法(直接写出增益)得到的就是低频段的闭环传递函数,也就是放大器的低频频率特性。这样做更直接。 我在前面帖子中的做法是写出反馈网络的传递函数,得到零极点,转了一个小弯。 还要注意一  详情 回复 发表于 2017-1-18 10:38


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-18 10:38:43 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-1-18 10:32
好吧,既然你是自动化专业毕业的,想必学过自控,这就好办了。
先说直流增益,你的计算是对的,我前面漏 ...

另外说一下,按照这个做法(直接写出增益)得到的就是低频段的闭环传递函数,也就是放大器的低频频率特性。这样做更直接。
我在前面帖子中的做法是写出反馈网络的传递函数,得到零极点,转了一个小弯。
还要注意一点,前面的分析没有顾及R54C20,实际的低频频率特性还要加上这一块。

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pqa
谢谢,您说的我有些映像,但是自控丢了太久,可能要回家把我的自控书讨来看才能搞明白啊,或者你把计算公式过程写出来我能明白,你说这些公式的含义什么的我犯迷糊,总之很谢谢前辈,感激不尽,请问前辈是哪个专业的  详情 回复 发表于 2017-1-18 10:49


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-1-18 10:49:15 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-1-18 10:38
另外说一下,按照这个做法(直接写出增益)得到的就是低频段的闭环传递函数,也就是放大器的低频频率特性 ...

谢谢,您说的我有些映像,但是自控丢了太久,可能要回家把我的自控书讨来看才能搞明白啊,或者你把计算公式过程写出来我能明白,你说这些公式的含义什么的我犯迷糊,总之很谢谢前辈,感激不尽,请问前辈是哪个专业的


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-18 12:23:24 | 显示全部楼层
好吧,我直接写出低频段的结果给你:
传递函数是:1+R38/[R31||(R30+1/sC27)]=1+[R38*(R31+R30+1/sC27)]/[R31*(R30+1/sC27)]
将它化简为一个简分式,中间结果是:[R31+sR31R30C27+R38+sR38*(R31+R30)C27]/[R31*(1+sR30C27)]
将上述中间结果中的常数项提出来,就得到:{(R31+R38)/R31}*{[1+s((R30||R31)+R38)C27]/[1+sR30C27]}
上式中第一个大括号就是直流增益。第二个大括号就是归一化频率特性,其中分子和分母都是一个一阶函数,分子表示一个一阶零点,零点频率就是1/{2*pi*[((R30||R31)+R38)C27]};分母表示一个一阶极点,极点频率是1/(2*pi*R30*C27)

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注意上述计算没有计及R54C20形成的极点,实际的低频频率特性还要加上这一块。  详情 回复 发表于 2017-1-18 12:41


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-18 12:41:22 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-1-18 12:23
好吧,我直接写出低频段的结果给你:
传递函数是:1+R38/[R31||(R30+1/sC27)]=1+[R38*(R31+R30+1/sC27)]/[ ...

注意上述计算没有计及R54C20形成的极点,实际的低频频率特性还要加上这一块。


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-18 12:57:40 | 显示全部楼层
高频特性主要取决于C31,此时为了简化计算,可以认为C27、C26都短路,但是C20不能短路,否则就没有输入信号了。
在C27、C26短路以后,放大器的反馈网络就是两个电阻,一个是反馈电阻R38,另一个就是运放反相端的对地电阻R30||R31。下面为了叙述方便,将R38记为Rf,将R30||R31记为Rg,将C31记为C。
由于C跨接在运放两个输入端之间,没法写出关于C的反馈网络的传递函数,所以分析C的作用不能用前面的方法。


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-18 13:11:19 | 显示全部楼层
具体的分析过程如下:
先写出运放反相端的电压表达式(用基尔霍夫定律或者线性叠加定律均可,具体推到过程从略):
V(-)=[F/(1+sRC)]*Vo+[sRC/(1+sRC)]*V(+)
其中F是反馈系数,F=Rg/(Rg+Rf);R=Rg||Rf;Vo是运放的输出电压,V(+)是运放同相端电压。
然后写出反馈放大器的输出表达式:
Vo=A*[V(+)-V(-)]
其中A是运放的开环放大倍数。
将V(-)代入上述表达式,经过整理就得到
Vo=[A/(1+AF+sRC)]*V(+)
或者说,在运放两个输入端接入电容C后,其电压传递函数是A/(1+AF+sRC)。

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pqa
太感谢了,前辈太有爱了,前辈不会是大学老师吧,德艺双馨啊,佩服佩服  详情 回复 发表于 2017-1-18 14:33


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-1-18 14:33:41 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-1-18 13:11
具体的分析过程如下:
先写出运放反相端的电压表达式(用基尔霍夫定律或者线性叠加定律均可,具体推到过程 ...

太感谢了,前辈太有爱了,前辈不会是大学老师吧,德艺双馨啊,佩服佩服

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呵呵,你猜对了,你前面提到的那些课程我都教过。  详情 回复 发表于 2017-1-18 15:09


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-1-18 14:55:01 | 显示全部楼层
本帖最后由 gmchen 于 2017-1-18 14:57 编辑

然后要考虑运放本身的频率特性。
按照楼主使用的运放,那是一个单极点运放,GBW大约是1MHz。可以写出运放的开环电压传递函数为A=A0/(1+sT),其中A0是直流开环放大倍数,T是运放主极点的时间常数,A0/(2*pi*T)=GBW。
将这个A表达式代入前面Vo的表达式,整理后有
Vo={A0/(1+A0*F)}*{1/[1+s(T+RC)/(1+A0*F)+s^2*T*RC/(1+(A0*F))]}*V(+)
由于一般总有A0F>>1,所以上式可以近似为
Vo={1/F}*{1/[1+s(T+RC)/(A0*F)+s^2*T*RC/(A0*F)]}*V(+)
显然,第一个大括号就是低频电压放大倍数。第二个大括号是一个二阶低通的传递函数,二阶极点频率是
fp=sqrt{(A0*F)/[(2*pi)^2*T*RC]}
再考虑A0/(2*pi*T)=GBW,上式还可以进一步写为
fp=sqrt[GBP*F/(2*pi*RC)]
其中F=Rg/(Rg+Rf),R=Rg||Rf。
至此就得到了这个放大器的高频段的频率特性,即在fp之前的频响是平坦的,过了fp之后将以每倍频程-12dB的斜率下降。
这里有一个更正:前面的回帖讨论这个放大器的高频响应时,漏了考虑R54C20在高频段仍然有作用。考虑这个作用后,放大器的实际高频响应在fp以上频率将以每倍频程-18dB的斜率下降。另外,fp的具体数值也可能计算有误。

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pqa
谢谢谢谢,感激不尽  详情 回复 发表于 2017-1-18 15:04


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