2-2开环增益和闭环增益(增加放大器的带宽)

图2-3:运算放大器的开环增益(G<sub>V</sub>)与频率特性的关系示例
图2-3:运算放大器的开环增益(GV)与频率特性的关系示例

如图2-3所示,运算放大器的开环增益(GV)频率特性与一阶RC 低通滤波器的频率特性相同。在高于转角频率(即fC;在此频率下,开环增益比直流增益低3dB)的频率下,开环增益以每倍频程6dB(每十倍为20dB)的速率下降。在此频率范围内,当频率加倍时,运算放大器的分贝开环增益(GV)会减小6dB(即线性开环增益(AV)减半)。故:

fc×AV=常量

增益等于1(0dB)的频率称为单位增益交叉频率(fT)。因此,上述等式可重新表述为以下等式。这称为增益带宽积(简称为GBWP、GBW、GBP或GB)。

fc×AV=fT

请注意,此等式在开环增益会以每倍频程6dB的速率下降的频率范围内成立。

图2-4:带反馈的放大器电路
图2-4:带反馈的放大器电路

现在,我们来看下将频率为2±1kHz的输入信号施加于具有图2-3所示频率特性的运算放大器时会发生什么情况。这种条件下的运算放大器,3kHz的增益比1kHz的增益约低10dB。这种情况下通常不能使用运算放大器。负反馈解决了此问题。

图2-5:增益与频率的关系
图2-5:增益与频率的关系

输入端(Vin)与输出端(Vout)具有以下关系。这种关系称为闭环增益(用dB标度表示为GCL,用线性标度表示为ACL)。20log规则用于将线性电压增益转换为分贝电压增益:G=20×log A。

Vout/Vin=ACL=AV/(1+AV×B)
          =1/{B(1 + 1/AV×B)}

其中,AV表示放大器的开环增益,B表示反馈系数。(AV×B)称为环路增益。分母(1+AV×B)称为反馈量。在负反馈情况下,AV× B<0。运算放大器的AV非常高。故|AV×B| >>1。因此,反馈量的计算公式为(1+AV×B)≈AV×B(环路增益)。故可将上述等式简化为以下等式:

Vout/Vin=ACL=1/B

图2-5显示了这种关系。运算放大器的带宽为fC。通过负反馈,其闭环带宽扩展至fCL。根据下列增益带宽积公式计算出fCL

fCL=fT/ACL

当闭环增益(GCL)或带宽(fCL)不足时,需选择fT较高的运算放大器。

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第Ⅱ章:使用运算放大器

2、使用运算放大器
2-1反馈(正反馈和负反馈)
2-3振荡
2-4.运算放大器的基本应用
2-5虚拟短路(虚拟接地)

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