积分电路的并联电阻、反向放大电路的并联电容的区别?

news2024/12/30 3:12:13

运放反相比例放大电路中反馈电阻两端经常并联一个电容,而运放积分电路的反馈电容上常常并联一个电阻,两者电路结构相似,如下所示(隐去阻容值),二者有何区别呢?电阻、电容分别又起到什么作用?
在这里插入图片描述

反相放大电路:电阻为主,电容为辅。

先说结论,反相放大电路中,电阻为主,电容为辅。加上电容只是为了让电路更加稳定,避免高频干扰。

从时域角度理解:
我们在LTspice中搭建如下仿真电路,输入端Vin1模拟一个脉冲干扰,观察输出波形vout。
在这里插入图片描述
简单介绍:输入信号给1个激励脉冲,初始电平为0V,高电平为1V,1ms时刻开始上升,上升时间为50ns,高电平维持50ns,下降沿50ns。电阻R1为10k,电阻R2为100k,反馈电容设置为可变量C1_VALUE。仿真命令中将C1_VALUE设置为列表形式,取值依次为0pf和2pf,分别对应没有反馈电容和2pf反馈电容,对应的仿真输出曲线也有两条。

仿真结果如下:
在这里插入图片描述
紫色线为输入信号,模拟1个向上的脉冲信号,上升时间为5ns,高电平为1V,维持5ns,下降沿5ns;
红色线(下面那条,C1_VALUE=0PF)为电容为0pf(即没有电容)时的输出,由图可见当没有反馈电容时,输入信号被反向放大10倍,幅度达到-10V;
红色线(中间那条,C1_VALUE=2PF)为电容为2pf时的输出,由图可见当有反馈电容时,输入信号也会被放大。但由于电容两端电压不能突变,输出电压并不是跟随输入立刻达到-10V,而是缓慢增大。还未达到最大值时,输入信号的脉冲干扰已经消失,此时输出电压不再增加,而是反向减小,恢复原值。与电容滤波原理一样。
电容滤波作用可查考一文彻底讲透电容 【3】—— 电容滤波,不是什么波都能滤的

下面再来另外一种解释方法,参考运放反馈电阻上并联一个小电容有什么作用?它积分运算放大器上的那个反馈电容一样吗?个人觉得并不严谨,也可能是自己理解不够。在这里插入图片描述
假设输入信号Vin有个向上的脉冲干扰,该干扰传递到运放反相输入端,方向向上;而同相输入端接地,电压不变(由于时间很快,还未建立负反馈,因此虚短还未建立,即同相输入端和反相输入端电压并不一致)。由于运放放大作用此时输出端Vout有个向下脉冲干扰。但是因为有并联电容C1,电容两端电压不能突变,因此电容右端是缓慢向下变化的,与LTspice仿真图中类似。

以上通过仿真和电容知识分析了当有高频干扰时,电容可以起到“缓冲”的作用,减少干扰。

从频域角度理解:
R2、C1 共同组成反馈网络,确切说是“阻抗”,即二者并联值,运放的放大倍数由反馈“阻抗”决定,完整表达式为R2/((1+jwC1R2)*R1)。
对于直流信号而言,w为0(反馈电容阻抗1/jwC1无穷大,相当于开路),此时只有反馈电阻R1有作用,放大倍数退化为R2/R1;对于高频信号,w很大(反馈电容阻抗1/jwC1无穷小,相当于短路),放大倍数趋近于0,即滤除了高频信号,提高运放的稳定性,防止自激震荡。

仿真原理图如下:
在这里插入图片描述
简单介绍:幅频特性仿真,R1为10k,R2为100k,反馈电容设置为可变量C1_VALUE。仿真命令中将C1_VALUE设置为列表形式,取值依次为0pf和2pf,对应的仿真输出曲线也有两条。
仿真结果如下:
在这里插入图片描述
当反馈电容为0pf时,幅频特性曲线如蓝色线条所示,始终为20dB,即放大倍数为100k/10k=10倍。
当反馈电容为2pf时,幅频特性曲线如红色线条所示,呈低通滤波特性:低频段为20dB,随着频率上升增益下降,-3dB大约在797kHz,即1/(2piR1*C1)≈795kHZ,理论值与仿真结果一致。

小结
以上为理想运放仿真结果,实际上由于寄生电容的存在,高频干扰更容易造成电路不稳定。因此,为了提高运放的稳定性,防止自激震荡,可以适当增加反馈电容。反馈电容会改变相位并降低带宽,一般都是选pF级的电容,即电阻为主,电容为辅。

积分电路:电容为主,电阻为辅。

先说结论,运放积分电路中,电容为主,电阻为辅。加上电阻只是为了增加直流通路,避免输入失调电压、输入偏置电流等造成的持续电流使得运放进入饱和状态。

这里贴上《新概念电路》中积分器知识。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
《新概念模拟电路》中已经讲得很清楚,我们这里做个仿真,原理图如下:
在这里插入图片描述
简单介绍:输入信号VIN设置为幅度1V,频率为5kHz的正弦信号。为了便于计算,电容C1设置为3.1831nf,即在5kHz频率下10k阻抗对应的电容值。运放为理想运放。
仿真结果如下:
在这里插入图片描述
红色为输入信号,幅度为1V,频率为5kHz,蓝色为输出信号,幅度也为1V,频率为5kHz,且输出信号明显为输入信号的积分,即该积分电路可正常工作。

上面为理想情况,实际工作中输入信号可能含有直流成分,运放存在失调电压和失调电流,无论那种情况都会使运放很快进入饱和状态,即输出接近±供电电压。
下面我们调整运放的参数失调电压为1V(实际一般为uV级到mV级,此处为了便于显示,修改为1V),仿真结果如下:
在这里插入图片描述
红色为输入信号,交流幅度为1V,频率为5kHz,蓝色为输出信号,趋近于﹣15V,即此时处于饱和状态。根据《新概念》,由于存在直流分量,一直对电容充电,这个时候运放无法维持虚短。图中,灰色线即为运放反相输入端电压,确实不为0,并没有和同相输入端的GND保持一致。

为了使积分电路能正常工作,电容两端并联一个电阻,本次仿真取100k,仿真结果如下:
在这里插入图片描述
红色为输入信号,交流幅度为1V,频率为5kHz,蓝色为输出信号,均值为-10V,交流幅度为1V,频率为5kHz。灰色线即为运放反相输入端电压,为1V,与我们之前设置的失调电压1V相等,此时满足虚短。由图可见,输出信号为输入信号的积分,只不过多了个直流分量,相当于积分时的常量。本例中失调电压最终放大了10倍,实际使用时失调电压较小,对最终的输出影响也较小。
因此我们可以选取一个合适的电阻值,使积分电路可以正常工作,避免快速进入饱和状态。

也可以换个角度考虑,对于直流信号而言,电容阻抗无穷大,即没有反馈回路,那么运放同相输入端和反相输入端的压差肯定会使运放饱和。增加直流反馈通路后,对于直流信号,该电阻可以形成负反馈回路,避免运放饱和。而对于高频信号而言,电容阻抗较小,只要电阻不选得太小,此时并联阻抗取决于电容,电阻也不会影响电路额高频特性。

小结
为了避免积分电路进入饱和状态,需要增益一条直流反馈回路,确保运放工作在“深度负反馈区”,维持运放的虚短特性,此时积分器才可以正常工作。电阻的选取需要根据实际情况进行分析。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/177877.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

Catboost

CatBoost简介 CatBoost是俄罗斯搜索巨头Yandex在2017年开源的机器学习库,是Boosting算法的一种,CatBoost和XGBoost,Lightgbm并称为GBDT三大主流神器,都是在GBDT算法框架下的一种改进实现,XGBoost是被广泛应用于工业界…

使用jstack解决线程爆满问题

问题发现生产应用现存在问题,影响到系统的使用,前端页面只配置了35个派生指标,后台任务生成20000多线程任务,占用了全部资源,导致其他系统也没资源可用,指标工厂也无法进一步使用,今天上午发的死…

Email Signature Manager 9.3 Crack

概述 Email Signature Manager为所有用户创建和部署电子邮件签名 包括合并的联系方式、公司徽标、社交媒体图标 和链接,甚至个性化内容,如用户照片 创建和附加电子邮件活动,向所有人介绍奖项, 活动或促销,或设置运行的…

基于STM32的FreeRTOS开发(1)----FreeRTOS简介

为什么使用freertos FreeRTOS 是一个免费和开源的实时操作系统,它主要用于嵌入式系统。它非常轻量级,可以在很小的硬件资源上运行,因此非常适合在限制硬件资源的嵌入式系统中使用。 FreeRTOS提供了一组简单的任务管理功能,可以让…

基于Springboot vue前后端分离在线培训考试系统源码

# 云帆培训考试系统 管理账号:admin/admin 学员账号:person/person # 介绍 一款多角色在线培训考试系统,系统集成了用户管理、角色管理、部门管理、题库管理、试题管理、试题导入导出、考试管理、在线考试、错题训练等功能,考…

C++:运算符重载与类的赋值运算符重载函数

目录 章节知识架构 一.运算符重载 1. 运算符重载的基本概念 代码段1 2.关于运算符重载的重要语法细则 二.运算符重载在类中的使用 三.类的默认成员函数:重载函数(赋值运算符重载) 1.自定义重载函数 代码段2 2.编译器默认生成的重载函数 四.前置(--)和后置…

Facebook小组与主页:哪个更适合SEO?

在 SEO中,对于优化人员来说有两种策略:一种是在 Facebook组上投放广告;另一种则是在主页上投放广告。那么,这两种策略哪种更好呢?对于 SEO来说又有什么影响呢?如果你已经在 Facebook上进行了一些优化工作&a…

Python---文件操作

专栏:python 个人主页:HaiFan. 专栏简介:本专栏主要更新一些python的基础知识,也会实现一些小游戏和通讯录,学时管理系统之类的,有兴趣的朋友可以关注一下。 文件操作思维导图前言文件是什么文件路径文件操…

SpringBoot基础回顾:场景启动器

上一章我们回顾了 SpringBoot 的自动装配,以及承载自动装配的核心——自动配置类。自动配置类的定义位置通常在每个场景的 jar 包中,配置 spring.factories 文件中 EnableAutoConfiguration 的位置通常在相应的 autoconfigure jar 包下。本章会着重回顾和…

SpringMVC简介

SpringMVC简介什么是MVC?MVC的工作流程什么是SpringMVC?HelloWorld创建maven工程配置web.xml创建请求控制器配置springMVC.xml配置文件什么是MVC? MVC是一种软件架构的思想,将软件按照模型、视图、控制器来划分 M:Model,模型层,指工程中的javaBean,作用是是处理数…

恶意代码分析实战 9 隐蔽的恶意代码启动

9.1 Lab12-1 分析 查看程序的导入函数。 通过这几个函数,可以推断出是远程线程注入。 使用ProMon检测,并没有看到什么有用的信息。 使用Proexproer检查。 也没有什么有用的信息。 拖入IDA中分析一下。 将这几个字符串重命名,便于识别。 …

【MyBatis】| MyBatis使用⼩技巧

目录 一:MyBatis使用⼩技巧 1. #{}和${} 2. typeAliases 3. mappers 4. IDEA配置⽂件模板 5. 插⼊数据时获取⾃动⽣成的主键 一:MyBatis使用⼩技巧 1. #{}和${} #{}:先编译sql语句,再给占位符传值,底层是Prepar…

【C语言进阶】一文带你学会C语言文件操作

前言 我们前面学习结构体时,写了通讯录的程序,当通讯录运行起来的时候,可以给通讯录中增加、删除数据,此时数据是存放在内存中,当程序退出的时候,通讯录中的数据自然就不存在了,等下次运行通讯录…

Python---自动生成二维码

专栏:python 个人主页:HaiFan. 专栏简介:本专栏主要更新一些python的基础知识,也会实现一些小游戏和通讯录,学时管理系统之类的,有兴趣的朋友可以关注一下。 自动生成二维码 二维码的本质上,就…

人工智能学习06--pytorch05--torchvision中的数据集使用DataLoader的使用

torchvision中的数据集使用 test_set的class属性 把数据集每一部分都变成tensor类型 现在输出的就是tensor数据类型了 DataLoader的使用 batch_size 一摞牌中,每次抓几张shuffle 打乱,第二次打牌前,牌的顺序要跟第一次不一样&#xff0…

【JavaSE】一文看懂构造器/构造方法(Cunstructor)

🌱博主简介:大一计科生,努力学习Java中!热爱写博客~预备程序媛 📜所属专栏:Java冒险记【从小白到大佬之路】 ✈往期博文回顾: 【JavaSE】保姆级教程|1万字10张图学会类与对象–建议收藏 🕵️‍♂️近期目标…

CSS边框、边距、轮廓(边框宽度/颜色/各边/简写属性/圆角边框/内外边距/高度宽度/框模型/轮廓宽度/颜色/属性/偏移)——万字长文|一文搞懂

目录 CSS边框 CSS 边框属性 CSS 边框样式 实例 CSS 边框宽度 实例 特定边的宽度 实例 CSS 边框颜色 实例 特定边框的颜色 实例 HEX 值 实例 RGB 值 实例 HSL 值 实例 CSS 边框 - 单独的边 实例 不同的边框样式 实例 它的工作原理是这样的: …

ROS学习寄录1

1 创建ROS工作空间 1.1 创建工作空间 (1)创建工作空间 mkdir catkin_ws (2)进入catkin_ws文件夹,然后创建一个src文件夹 cd catkin_ws mkdir src (3)进入src文件夹,生成CMakeL…

「自控原理」4.2 根轨迹法分析与校正

本节介绍利用根轨迹法分析系统性能发热方法 本节介绍根轨迹校正 文章目录利用根轨迹分析系统性能主导极点法增加零极点对系统的影响根轨迹校正串连超前校正原理与步骤超前校正例题串连滞后校正附加开环偶极子的作用原理与步骤滞后校正例题利用根轨迹分析系统性能 利用根轨迹分…

Oracle cloud vps实例配置访问

Oracle cloud vps实例配置访问创建一个免费配置的实例,并配置访问创建实例时,系统映像选择创建实例时候的ssh密钥配置子网,打开22端口使用工具登录服务器配置多个公钥,支持多个ssh私钥来登录登录vps实例修改登录用户和身份验证方式…