运算放大器知识第二课-负反馈常用的四种拓扑结构分析

gaoyang9992006

运算放大器知识第二课-负反馈常用的四种拓扑结构分析 [复制链接]

运放的经典应用有负反馈和比较器.先说一下比较器.
如图所示,作为比较器,实际上就是比较OP_P（Vin+）和OP_N(Vin-)的大小，这里利用了运放的开环特性，理想状态下是不考虑运放电源Vs的，这种情况下，输出OP_P(Vout)应该存在两种情况，正无穷大和负无穷大，而实际应用中是必须考虑Vs的，那么，这种无穷大的输出就不可能存在了，因为OP_O(Vout)有个限定范围。
Vs-≤OP_O(Vout)≤Vs+.这样以来,如果OP_P与OP_N不相等，那么OP_O在开环情况下就只能输出Vs-与Vs+了，这就是比较器。
作为负反馈的经典应用有四种拓扑结构:并联电压反馈，串联电压反馈，并联电流反馈，串联电流反馈。

大家看图,学过的都知道:Vout = -(Rf / Rin) * Vin
这实际上有个很有趣的现象,就是虚短虚断的概念.这里不赘述.我要讲的更简单.
实际上,我们主要考虑这么一个事实,通过负反馈,系统要达到一个平衡,就是使得Vin+==Vin=
只要记住这一点就基本上距离掌握负反馈的精华很近了.听我慢慢道来.
上面这个图属于四种基本拓扑结构的并联电压型反馈放大电路.
说到并联,无非就是,Vin-和Vout相对地（Vin+）是并联的形式，另外有这么一个事实，实际上Vin与Vout是可以看做两个独立的电压源。这样一来，电路图就等效为：

由于电流实际上不从等效的地流出,或者说那只是一个零点电势.所以实际上电流只沿着等效图的横向流动,又因为Vin与Vout相对等效零点电势方向相反，所以有Vin:RIN=-Vout:RF
因为Vout是跟随Vin的变化，而使得等效零电势的RIN与RF中间虚拟接地的那个点电势为零，这么一来就要跟随Vin的变化而变化了。也就有了Vout = -(Rf / Rin) * Vin这个概念.

接下来我将讲解我比较喜欢的串联电压负反馈拓扑结构的认识。

其中有以下关系

Vout =((R2 / R1) + 1) * Vin

由于虚短虚断的概念我们可以认为:Vin+与Vin-之间有着无穷大的电阻连接，另外Vout的存在只有一个目的，就是为了达到Vin+==Vin-,另外符合上述公式的平衡。
我们可以把上述放大电路等效为:

该图Vin控制着输出Vout，使得输出保证该电路平衡，即符合伏安特性。Vin=Vout*R1/(R1+R2)
现在我来定性的说一下负反馈平衡的本质.每当输出要增大的时候都可以通过该分压电路把变化信息传递给Vin-,使得Vin+与Vin-始终接近无穷小。这也是负反馈的本质，就是不管电路参数如何变动都可以通过Vin-把输出Vout的一部分送给输入，使得(Vin+)-(Vin-)始终向0靠近。如果难以理解就看成上面的等效电路就行了，Vout跟随Vin变化，以保证串联电阻的伏安特性。另外要明确，Vin只相当于电压参考点，实际上不给电路提供任何电流，电流始终有受控的Vout提供。

看上面的电路，以及示波器图，你会发现，Vin+与Vin-是一致的。看上图，这个被称为电流串联负反馈，我们来看，这实际上是把负载RL作为输出Vout负载的一部分，另外把Vout的一部分通过分压的形式反馈给了Vin-.大家仔细看，是不是跟
串联电压负反馈运放的拓扑结构.非常的像、？？
另外这里实际上说是横流通过RL，但是也是通过电压反馈实现的，书上说的所谓反馈的是电流简直是乌鸡之谈。，因为这里把它理解为电压更科学，因为这里保证了固定电阻R3上电压始终与Vin+相等，也就是Vin+==Vin-
从而保证了Vin-==Vr3.且Irl=Ir3=Vr3/R3.由固定电阻R3上的电压始终与输入Vin+相等实现了RL负载的横流输出。传说中的恒流源也不过是通过恒压实现的，无论RL如何的变化
，始终R3是固定的，R3上的电压是固定的，那么R3上的电流是固定的，串联的RL上电流也自然是固定的。另外必须的记住Vin+==Vin-.且两个输入点始终对地之间相当于地有无穷大的电阻存在。
大家知道恒流电源用运放怎么构建了吧？如果R3是个电位器（可变电阻），且Vin+的输入可知。那么就可以通过调节R3进行电流的大小控制。

该讨论电流并联负反馈了。

这个是这四种中稍微难理解的，不是我们笨，可能是其他地方讲的太复杂，没有说到问题本质。今天我给大家说说我认为的本质是什么。
如图所示，2和3节点电势为0，输入电流源通过R和RF流到RL，这里主要考虑RL，RF，R1组成的并联分流网络，再考虑串联分压。
可以看出R1与RF、RL的公共节点电压应该是端口1的已办，看示波器波形，应该是一半的，对吧？也就是说符合这样的最简电路。

其中电流源提供的I(in)通过RF流过，由于运算放大器迫使这个最简电路要符合伏安特性，所以有Fi=if/io=R1/(R!+RF)
或者什么反馈系数不用管，直接的就是个符合伏安特性（串联分压，并联分流）。可能不太对，我对这个电流并联负反馈放大电路理解不够深入，待我慢慢加深理解，继续更新，到时候出个PDF文档，供大家下载。
求高手过来补充，或批判找问题，互相学习，互相提高

总结，运放负反馈电路的分析方法是：根据运放的基本特点，把运放消失掉，只保留最简电路图，将电感，电容看做可变电阻（针对不同频率的信号电阻不同）分析，将会大大减轻你大脑理解力的工作量。

反馈电路类型的判别方法：
反馈电路直接从输出Vout端引出，则是电压反馈。
从负载RL靠近地端（一般还有一个定值电阻与RL相连，该定值电阻另一端是接地的）引出，则是电流反馈。
或者这么理解，对输出端（负载两端）短路，反馈量为0，则为电压反馈，若不为零是电流反馈。
输入信号和反馈信号分别加到两个输入端是串联反馈，加到了同一个输入端是并联反馈。（因为运放有两个输入端分别叫Vin+和Vin-）
反馈信号使得净输入的信号减小的就是负反馈。净输入=(Vin+) -(Vin-）

[ 本帖最后由 gaoyang9992006 于 2013-5-23 23:52 编辑 ]