[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

pqa 2017-1-16 11:38 楼主

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

回复评论（22）

沙发 MichaelYng

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）

点赞 2017-1-16 17:21

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。 本帖最后由 gmchen 于 2017-1-17 11:10 编辑

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4楼 pqa

引用: 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，

点赞 2017-1-17 17:20

5楼 gmchen

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。

点赞 2017-1-17 20:08

6楼 pqa

引用: 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

点赞 2017-1-17 20:13

7楼 pqa

引用: 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

点赞 2017-1-17 20:15

8楼 gmchen

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。

点赞 2017-1-17 20:30

9楼 gmchen

引用: 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。

点赞 2017-1-17 20:40

10楼 pqa

引用: 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

点赞 2017-1-17 22:17

11楼 pqa

引用: 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

点赞 2017-1-18 09:42

12楼 gmchen

引用: 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。

点赞 2017-1-18 10:32

13楼 gmchen

引用: 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。

点赞 2017-1-18 10:38

14楼 pqa

引用: 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

点赞 2017-1-18 10:49

15楼 gmchen

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)

点赞 2017-1-18 12:23

16楼 gmchen

引用: 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。

点赞 2017-1-18 12:41

17楼 gmchen

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。

点赞 2017-1-18 12:57

18楼 gmchen

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)。

点赞 2017-1-18 13:11

19楼 pqa

引用: 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

点赞 2017-1-18 14:33

20楼 gmchen

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。 本帖最后由 gmchen 于 2017-1-18 14:57 编辑

点赞 2017-1-18 14:55

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