我们一起来认识一下RC反馈回路

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关于运算放大器的使用,相信大家已经很熟悉了。现在我针对运算放大器中常见的RC电路反馈做深入的分析。

在积分电路的反馈电容C并联一电阻,则该积分电路就变形为带有增益的低通滤波器如图1:

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依据电路,可以很方便的列出该系统的传递函数:

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从中可以看出,该系统有一个极点,

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由此,画出该系统的波特图,图2:

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结合波特图和传递函数,不难看出,当系统的频率低于ω1时,电容c1容抗比R2的阻抗值大的多,系统可以近似看为反相放大器,表现出来的为 直流的增益,电容的作用可以看做为滤波作用。当系统工作在较高的频率上,电容c1容抗比R2的阻抗值小的多,系统可以近似看为积分电路,其在波特图上的表 现为一条-20dB/十倍频的一条直线,与角频率ω的交点为

,由于该电路在特定的频率范围内可以近似为一积分电路,此时的电路为一有损耗的积分电路。因此,分析该类型的电路是,首先需知道通过该系统信号的频率范围和系统的极点处,从而达到确定系统的作用。

传 递函数|H|=|H直流|-3dB,此时的频率为电子电路中常见的-3dB频率点。再次仔细分析该系统的波特图,还可以清除的看出 ω<ω0 :信号无衰减通过; ω>ω0 :信号逐渐衰减或者截断,衰减频率为-20dB/十倍频;由此,该系统还具有一定程度的低通滤波作用,虽然滤波的性能不是太令人满意。另一种RC反馈的接 法为正反馈,如图3:

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该电路为模拟电子教课书上经典的RC振荡电路:振荡信号由同相端输入,故构成同相放大器,输出电压Uo与输入电压Ui同相,其闭环电压放大 倍数等于Au=Uo/Ui=1+(R4/R3)。而RC串并联选频网络在ω=ωo=1/RC时,Fu=1/3,εf=0°,所以,只要|Au|=1+ (R4/R3)>3,即R4>2R3,振荡电路就能满足自激振荡的振幅和相位起振条件,产生自激振荡,振荡频率fo等于fo=1/2πRC, 采用双联可调电位器或双联可调电容器即可方便地调节振荡频率。在常用的RC振荡电路中,一般采用切换高稳定度的电容来进行频段的转换(频率粗调),再采用 双联可变电位器进行频率的细调。第三种情况为负反馈回路中RC串联与c并联的情况的情况,电路如图4:

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传递函数为

依据传递函数近似画出其波特图,图5:

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从波特图中水平线为中频放大倍数,由R2/R1决定。C2,C1保证开环直流增益,C1保证正高频衰减。根据闭环要求确定零点和极点的位 置,从而确定电路各元件参数。一般用于具有LC输出滤波器,而滤波电容有ESR电路校正。小结:分析一系统,首先要知道系统处理信号的频率,这样,才能有 针对性的选择合适的元器件和理解系统的工作状态;其次,针对特定的目的,采用特定的方法达到预定的目的。我之前看过论坛里经常会有人问,运算放大器反馈中 用电容的作用,经常会有这样的回答:滤波,增加系统稳定性,积分……..,其实这都是电容的一部分作用,要向真的知道作用,还需要列出传递函数,画出近似 波特图(或者由仿真软件得出),结合系统的工作频率,只有从根本上分析系统。只有这样,才能理解系统中元器件的作用,才能提高分析问题和解决问题的能力。

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