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新概念模拟电路3-运算放大器的频率特性和滤波器

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新概念摸拟似电路一运放电路的频率特性和滤波器(Section74-2)其相移为随频率变化的实数:(Section74-3)这两个表达式的含义很清晰,对增益的模来说,当f0时,闭环增益的模具有最大值,即为MF,随着频率f的逐渐增大,分母越来越大,即闭环增益的模逐渐变小,在一个关键频率F×GBW处,闭环增益的模变为闭环中频增益的O.7O7倍。因此有:(Section74-4)由于.3dB的特殊性,一般都简写为fHf。在相移上,随着频率的上升,闭环电路开始出现微弱的相移,到O1听时,相移大约为-57°,到fHr时,相移是-45。注意这两个表达式在f超过f后,最好不要再使用。原因是图Section74-1实际运放曲线中,在接近UGBW时,已经不在是直线,不能用前述简化模型表达。根据约束条件式⑤),结合式Section74-2,用x代表待求解频率,得:MAuf (x)=k x Aufm-X很显然,Aufm是中频闭环增益,就是MF(参见式Section60-6),代入得:1式8已经给出了已知的k,与待求解的x的关系,解之:11此为αx2+bx+c=0的一元二次方程标准式,按照中学数学结论即可解得:F×GBW21-k2v1-k2X2结合前述关于x的定义,可得式〔Section74-5):1-k2k(Section74-5)这个表达式就是y问题的正问题答案:一个运放的增益带宽积GBW已知,用它组成一个放大电路,其反馈系数为F,衰减系数为M,则该放大电路的-ydB上限平坦带宽ffB如式(Section74-5).数为F,衰减系数为M,要求其-ydB上限平坦带宽为ffyB,求运放的GBW。新概念模拟电路—运放电路的频率特性和滤波器GBWfHf-ydBxkF(Section74-6)注意,这两个公式在求解过程中利用了运放开环增益的简化模型,与实际运放的主要差异表现高频段,就是图Sectior74-1中红色区域,实际运放在这里已经不是直线,且相移已经不再是-90”。如果关键频率结论发生在这个区域,那么计算就会出现较大差异。因此,闭环增益越大,这个公式越准确。新概念模拟电路一运放电路的频率特性和滤波器举例1:电路如图Section74-4所示,为10倍同相比例器。已知运放为AD8675,求该电路的-1dB带宽。解:第一,求解基本系数。从电路可以看出,反馈系数和衰减系数分别为F=_Rg=0.1;M=1根据虚短虚断法,或者方框图法,均可求得Am=10=20dB。VEEU2V1312V12VRf1k9kVEE图Section?744捌1电路第二,查找运放关键参数。从图Section74-4a截图中的增益频率曲线,以及数据表格中,可以查到GBW约为18-2040120DYNAMIC PERFORMANCESlew Rate2.5V/usGain Bandwidth ProductGBP10MHz图Section744aAD8675数据手册截图第三,根据公式计算。y1dB,则k=10品=0.89125,代入式Section74-1得:v1-k2v1-0.891257=508.8kHz即上述放大电路,在输入频率小于508.8kH比时,可以保证闭环增益不会比中频增益20dB小1dB,即增益dB数不会小于19dB。或者说,电压增益不会小于89125倍。新概念模拟电路一运放电路的频率特性和滤波器举例2:电路如图Section74-5所示,为-10倍反相比例器。已知运放为AD8675,求该电路的-1dB带宽。VCCU2VEE12VV212VRf1kQ10kQ图Section74-5举例2电路解:第一,求解基本系数。从电路可以看出,反馈系数和衰减系数分别为:Rg 1根据虚短虚断法,或者方框图法,均可求得Aim-10=20dB。第二,确定运放关键参数,GBW=1OMHz,见举例1。第三,计算:y-1dB,则k=102=0.89125,代入式Section74-1得:=462.6kHz0.89125即上述放大电路,在输入频率小于4626k州z时,可以保证闭环增益在-8.9125-10倍之间。我们能够发现,反相放大电路和同相放大电路都实现10倍电压增益,但是同相放大电路的带宽要高于反相放大电路的。这缘自两个电路的反馈系数不同。举例3:电路如图Section74-6所示,为50倍同相比例器。要求电路的-0.2dB带宽大于20kH,选择合适的运放实现,并用仿真软件实测。V1U1A12VV2VEE-12VVEE图Section74-5举例3电路
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