跨阻运算放大器电路的计算。方案、说明

跨阻运算放大器电路的计算。无线电电子电气工程百科全书

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本文介绍了采用 TOC 运算放大器的电路的分析计算。在本例中，最现代的方法是使用 OrCAD 和 Maple。

介绍

电流反馈放大器的主要优点是其宽工作带宽。所有其他放大器都使用电压反馈。即使在非常低的频率（通常从 10 Hz 起），带反馈的增益也会开始下降，衰减率为每十倍频程 20 dB。这种行为会导致高频时产生较大误差。电压反馈放大器被迫在频域中工作，其增益下降为开环操作系统的操作系统增益；在低频处开始下降。电流反馈放大器没有这个限制，因此它们提供的失真最小。两种类型放大器的增益衰减率大致相同。模型如图所示。图 2 显示了电流反馈放大器使用互阻抗而不是增益的事实。输入电流被“映射”到输出级并由其缓冲。这种配置在使用相同工艺技术的 IC 中提供了最大带宽。通常具有 OS 但电流的放大器是基于双极晶体管构建的，因为。它们的典型范围 - 高速通信、视频等，通常不需要高输入阻抗和等于电源电压的输出电压范围（轨对轨）。

请注意，反相输入耦合到缓冲器的输出级，因此它具有非常低的阻抗，其数量级等于射极跟随器的阻抗。同相输入是缓冲器输入，因此具有高阻抗。对于电压反馈放大器，输入被馈送到反相器（由电流源供电的差分级）的基极-发射极结。差分级晶体管的精确匹配使输入电流和偏置电压最小化，在这方面，电压反馈放大器具有很大的优势。匹配输入和输出缓冲器电路是一项艰巨的任务，因此电流反馈放大器并不精确。它们的主要用途是高速电路，如果电压反馈放大器的极限约为400 MHz，那么电流耦合放大器的工作带宽可达数GHz。运算放大器 TOC 的典型工作范围约为 25 MHz 至几 GHz。然而，在使用此类放大器时，应牢记其重要特征之一。在设计高频电路时，许多设计人员依靠随频率增加而降低的增益作为稳定因素，正确地认为增益小于 XNUMX 的电路默认情况下是稳定的。但这仅适用于具有电压反馈的放大器。随着频率的增加，电流反馈运算放大器保持其增益。因此，基于电压反馈放大器开发并稳定工作的电路在切换到电流反馈放大器时往往会变得不稳定。此外，电流反馈放大器的输入和反馈电阻容易受到划痕和电容的影响，因此要密切注意电路板布局。

1. 跨阻 TOS OU

让我们在反相输入上找到开路反馈的 TOS 运算放大器的跨阻。为此，我们使用测量方案（图 1）。我们将使用最简单的单极理想化等效电路（图 2）作为 OS TOC 的模型。
米。 1. 跨阻测量方案

跨阻运算放大器电路的计算

重新启动：使用（MSpice）：设备：= [O，[TOP，AC1,2]]：数字：= 3：

ESolve(Q,`01-1_OP_TOC_Z/op-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`);

跨阻运算放大器电路的计算

AC1跨阻运算放大器模型

基尔霍夫-拉普拉斯系统

-JVF1U1-Vt1/Rt-Vt1*s*Ct

VINN = 参考电压

受控源的输入电流

JVF1U1=I1

解决方案

{VINN，Vt1}

MSpice v8.35：pspicelib.narod.ru
给定节点：{VINP} 来源：[Vref, VF1U1, I1]
V_NET 决策：[VOUT、VINN、Vp1、Vt1]
J_NET：[J1、JVF1U1、JRt、JCt、JFt、JVref]
Zt:=VOUT/I1, print(`On AC,`);

Zto:=Limit('Zt',s=0)=limit(Zt,s=0), print(`在直流电上我们得到，`);

关于交流电

Zt := -Rt/(1+s*Ct*Rt)

在直流电下，我们得到

Zto := 极限(Zt,s = 0) = -Rt

对于图中所示的面额，我们得到。

值（DC，RLCVI，[]）：Zt：=evalf（Zt）； `Zt[f=0]`:=evalf(rhs(Zto)); #VOUT:=evalf(VOUT);

HSF([Zt],f=1..1e10,"3) 跨阻 TOC 运算放大器的半[Zt]；

输入组件额定值：
Rt := .10e8,10MEG"
Ct := 1/2/圆周率/英尺
英尺：= .10e11,10G"
直流电源：直流：Vref:=0
直流电源：直流：I1:=10
E1_U1 := VINP
直流电源：直流：VF1U1:=0
F1_U1 := JVF1U1
E2_U1 := Vt1

Zt := -.10e8/(1.+.159e-3*s)

Zt[f=0]` := -.10e8

跨阻运算放大器电路的计算

2. TOC OU 上同相放大器的传递系数

同相放大器可以让你有一个大的输入阻抗，这可以让你与信号源有很好的匹配。
米。 4.基于TOC OU的同相放大器方案

跨阻运算放大器电路的计算

重启：与（MSpice）：设备：= [E，[TOP，AC2,5]]：

ESolve(Q,`OP-1_TOC_NoInvAmp/op-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`);

跨阻运算放大器电路的计算

AC2跨阻运算放大器模型

基尔霍夫-拉普拉斯系统

-Vt1/Rt-Vt1*s*Ct+(VINP-VINN)/Rn

(Vt1-VINN)/R2+(VINP-VINN)/Rn-VINN/R1

解决方案

{Vt1，VINN}

MSpice v8.35：pspicelib.narod.ru
给定节点：{VINP} 来源：[Vinp]
V_NET 决策：[Vp1、Vt1、VOUT、VINN]
J_NET：[JR2、JR1、JRn、JRt、JRo、JCt、JFt、JVinp]

频率相关增益如下所示。

H:=收集((VOUT/Vinp),s);

H := Rt*(R1+R2)/((R2*R1*Ct*Rt+Rn*R2*Ct*Rt+Rn*R1*Ct*Rt)*s+Rn*R1+R2*R1+Rt*R1+R2*Rn)

频率无关增益如下所示。

K：=限制（H，Ct=0）；

K := Rt*(R1+R2)/(Rn*R1+R2*R1+Rt*R1+R2*Rn)

他们试图以各种可能的方式减少 Ri，将其等同于 n，我们得到

K:=限制(K,Ri=0);

K := Rt*(R1+R2)/(Rn*R1+R2*R1+Rt*R1+R2*Rn)

他们试图以各种可能的方式增加 Rz，让我们去无穷大，得到

K：=极限（K，Rt=无穷大）；

K := (R1+R2)/R1

值（DC，PRN，[]）：

HSF([H],f=1..1e10,"6) 基于 TOC OU 的同相放大器的 semiAFC");

跨阻运算放大器电路的计算

3. 在 OS 电路中用电容器设置带宽

在使用 TOS OU 时，需要考虑到它的特点。如果在具有 NOS OS 的传统运算放大器中，当连接电容器时，会出现额外的特性极点，那么在具有 TOC（图 7）的放大器中，会出现额外的零和极点（图 8）。
米。 7.基于TOC OU的同相放大器方案

跨阻运算放大器电路的计算

重启：with(MSpice): Fixtures:=[O,[TOP,AC2,8]]:

ESolve(Q,`OP-1_TOC_NoInvAmp_СF/op-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`);

跨阻运算放大器电路的计算

AC2跨阻运算放大器模型

基尔霍夫-拉普拉斯系统

-Vt1/Rt-Vt1*s*Ct+(VINP-VINN)/Rn

(Vt1-VINN)*s*CF+(Vt1-VINN)/RF+(VINP-VINN)/Rn-VINN/Rg

解决方案

{VINN，Vt1}

MSpice v8.35：pspicelib.narod.ru
给定节点：{VINP} 来源：[Vinp]
V_NET 决策：[VOUT、VINN、Vp1、Vt1]
J_NET：[JCF、JRF、JRg、JRn、JRt、JRo、JCt、JFt、JVinp]

频率相关增益如下所示。

H:=收集((VOUT/Vinp),s);

H := Rt*(s*CF*RF*Rg+Rg+RF)/(Rn*s^2*CF*RF*Rg*Ct*Rt+(Rn*Rg*Ct*Rt+Rt*CF*RF* Rg+Rn*RF*Ct*Rt+RF*Rg*Ct*Rt+CF*RF*Rn*Rg)*s+Rt*Rg+Rn*Rg+RF*Rg+RF*Rn)

此函数的零点和极点由以下表达式确定

极零（H，f）；

------------- 零点 ------------

F_Zero[1] = 1/2*I*(Rg+RF)/CF/RF/Rg/Pi

------------ 电线杆 ------------

F_Pole[1] = 1/4*I*(Rn*Rg*Ct*Rt+Rt*CF*RF*Rg+Rn*RF*Ct*Rt+RF*Rg*Ct*Rt+CF*RF*Rn*Rg-(-2*Rn*Rg^2*Ct*Rt^2*CF*RF+2*Rn^2*Rg*Ct^2*Rt^2*RF+2*Rn*Rg^2*Ct^2*Rt^2*RF-2*Rn^2*Rg^2*Ct*Rt*CF*RF+2*Rt^2*CF*RF^2*Rg*Rn*Ct+2*...

F_Pole[2] = 1/4*I*(Rn*Rg*Ct*Rt+Rt*CF*RF*Rg+Rn*RF*Ct*Rt+RF*Rg*Ct*Rt+CF*RF*Rn*Rg+(-2*Rn*Rg^2*Ct*Rt^2*CF*RF+2*Rn^2*Rg*Ct^2*Rt^2*RF+2*Rn*Rg^2*Ct^2*Rt^2*RF-2*Rn^2*Rg^2*Ct*Rt*CF*RF+2*Rt^2*CF*RF^2*Rg*Rn*Ct+2*...

他们试图将 Ct 降低到零，并试图以各种可能的方式增加 Rt。

让我们让 Ct 变为零，Rt 变无穷大，我们得到

H_ideal:=极限(subs(Ct=0,H),Rt=无穷大);

H_理想 := (s*CF*RF*Rg+Rg+RF)/Rg/(s*CF*RF+1)

频率无关增益如下所示。

K:=限制(H,s=0);

K := Rt*(Rg+RF)/(Rt*Rg+Rn*Rg+RF*Rg+Rn*RF)

尝试用各种可能的方法来减少Rt，将其等于无穷大并得到

K_ideal:=极限(K,Rt=无穷大);

K_理想 := (Rg+RF)/Rg

值（DC，RLVCI，[]）：

输入组件额定值：
CF := .1000e-8,1000p"
射频：= .1e4,1K"
Rg := .1e4,1K"
Rn := 25,25"
Rt := .10e8,10MEG"
罗：= 75,75"
Ct := 1/2/圆周率/英尺
英尺：= .10e11,10G"
直流电源：直流：Vinp:=0
E1_U1 := VINP
H1_U1 := (Vp1-VINN)/Rn
E2_U1 := Vt1
HSF([H,H_ideal],f=1..1e7,"9) semi[H,H_ideal] 非反相 TOC 运算放大器");

跨阻运算放大器电路的计算

4. 带 TOC 运算放大器的 1 MHz 带通滤波器

以前，在高于 1 MHz 的频率下实施有源滤波器被认为是不经济的。

目前，该问题正在使用 TOS OU 正面解决。

模型的应用（图 11）可以得到 CO 非理想指标的上估计值，

在其下可以实现所需的过滤器。
米。 10.基于TOC OU的同相放大器方案

跨阻运算放大器电路的计算

重新启动：使用（MSpice）：设备：= [O，[TOP，AC4,11]]：

ESolve(Q,`04-1_TOC_Filter/op-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`);

跨阻运算放大器电路的计算

AC4跨阻运算放大器模型

基尔霍夫-拉普拉斯系统

(VOUT-V4)/RF+(V2-V4)/Rn-V4/Rg

-VOUT/Ro-Vt1/Ro-VOUT*s*Co-(VOUT-V4)/RF-(VOUT-V1)/R3

-V2/R2-V2/Rd-V2*s*Cd-(V2-V1)*s*C2

(V2-V1)*s*C2+(VOUT-V1)/R3-(V1-Vinp)/R1-V1*s*C1

-Vt1/Rt-(V2-V4)/Rn-Vt1*s*Ct

解决方案

{VOUT，V1，V2，V4，Vt1}

MSpice v8.35：pspicelib.narod.ru
给定节点：{VINP} 来源：[Vinp]
V_NET 解决方案：[VOUT、V1、V2、V4、Vp1、Vt1]
J_NET：[JVinp，JRF，JR1，JC2，JRg，JR2，JC1，JRd，JRn，JRt，JRo，JCt，JFt，JCo，JCd，JR3]

如果满足 ifilter 的条件

R1:=Rg: R2:=Rg: R3:=Rg: C1:=C2:

然后频率相关增益将如下所示。

H:=简化(VOUT/Vinp,'大小');

H := (s*C2*Rd*(Ro*Ct*Rt*s+Ro+Rt)*Rg^3+(Rd*Ro*Ct*Rt*(C2+Cd)*(Rn+RF)*s^2+(((C2+Cd)*(Rn+RF)*Ro+C2*Rt*RF)*Rd+Ro*Ct*Rt*(Rn+RF))*s+Ro*(Rn+RF))*Rg^2+Ro*(RF*Rn*Rd*(C2+Cd)*s+(Rn+RF)*Rd+RF*Rn)*(Ct*Rt*s+1)*Rg+RF*...

中心频率和频率响应图（图 12）。

值（AC，RLCVI，[]）：H：=evalf（H，2）；

HSF([H],f=1e5..1e7,"12) semiAFC$200 基于 TOS 运算放大器的同相放大器");

输入组件额定值：
R1 := 300,300"
C2 := .750e-9,750p"
射频：= .1e4,1K"
R3 := 300,300"
Rg := 300,300"
R2 := 300,300"
C1 := .750e-9,750p"
Rd := .1e7,1MEG"
Rn := 25,25"
Rt := .10e8,10MEG"
罗：= 75,75"
Ct := 1/2/圆周率/英尺
英尺：= .10e11,10G"
公司 := .5e-11,5p"
CD := .3e-11,3p"
交流源： DC：Vinp：=0 AC：Vinp：=1 Pfase（度）：=0
E1_U1 := V2
H1_U1 := (Vp1-V4)/Rn
H2_U1 := Vt1/Ro

H := (.20e5*s*(.12e-1*s+.10e8)+.80e3*s^2+.68e12*s+.19e13+.22e5*(19.*s+.10e10)*(.16e-3*s+1.))/(12.*s*(1.+.38e-3*s)*(.61e-10*s^2+.17*s+.10e8)+.24e-13*s^4+.26e-3*s^3+.18e5*s^2-.6e11*s+.18e19+.30e3*(.42e4*...

跨阻运算放大器电路的计算

文学

彼得拉科夫。 O. M. 电子杂志 SCHEMOTEHNIKA 中的分析计算，7 年第 2006 期。
Dyakonov V.P. Maple-9 在数学、物理、教育方面。 M.：SOLON 出版社，2004 年。
V.D.拉泽维格OrCAD 设计系统 9.2。索伦。莫斯科 2001
Razevig V. D. 使用 Micro-Cap 7 进行电路建模。- M .: Hot line-Telecom，2003。
PSPICE 中的行为建模。 3 年第 4 号、第 2003 号电路
Petrakov OM 创建放射性元素的模拟 PSPICE 模型。无线电软件”，2004 年
pspice.narod.ru 电子 CAD。造型。电路。
Razevig VD 在个人计算机上模拟电子设备。 MPEI出版社，1993
Heineman R. PSpice 电子电路仿真。 DMK 出版社，2002 年

出版：cxem.net

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