1. >
  2. >

什麼是運算放大器? 負回授系統與其效果

 

負回授系統

運算放大器雖然是有高電壓增益的放大器,但很少僅用運算放大器進行放大。
理由是開電路增益的偏差或頻寬太窄,難以控制放大率。
因此通常組成負回授電路來使用。
負回授系統如下圖表示。

帰還回路例

構成負回授電路有下列優點。

[構成負回授電路的優點]

  1. 放大電路的增益可以將固定的領域(頻寬)加寬。
  2. 運算放大器的開電路增益的偏差影響,可因負回授電路的構成而縮小。
  3. 可以抑制失真。

1.放大電路的增益可以將固定的領域(頻寬)加寬。

首先要算出這個模型的輸出與輸入關係的傳遞函數。

公式

AO : 運算放大器的開電路增益(open loop gain)
β : 反饋係數、
1+βA(s) : 反饋量
電路增益 : βA(s)

如同下面算式,運算放大器有1次延遲的傳遞函數。

公式 頻率特性

將上式的關係用圖表示即為上圖的頻率特性。
加上負回授後,增益為反饋量 1/(1+βAO)有變小,頻寬寬幅從ωO加寬到
ωO(1+βAO)。

2. 運算放大器的開電路增益的偏差影響,可因負回授電路的構成而縮小。

接著在輸入與輸出關係的傳遞函數中,假設運算放大器的開電路增益為AO>>1 非常大,在低頻的負回授電路的增益近似於1/β
也就是當運算放大器的開電路增益很大時,與運算放大器的增益無關,回授電路的增益只用反饋係數來決定。
故反相放大器等的放大電路在低頻的放大率,只用外加的電阻來決定。
當運算放大器的開電路增益為AO>>1 非常大時,即使有因溫度特性和製程上的偏差造成運算放大器的開電路增益有些許變動,受到的影響也很小。

公式

3.可以抑制失真。

下圖是包含誤差元素的回授電路。
在運算放大器所發生的誤差元素為VD
包含失真、誤差電壓、雜訊等因素。

包含失真、雜訊的負回授電路

下式為包含失真的傳遞函數。
如同公式,VD項是當增益A(s)越大則越小,可得知誤差有被控制住。

公式

相對地,構成負回授電路的缺點列舉如下。

[構成負回授電路的缺點]

  • 與開電路增益相比電路的放大率較低。
  • 回授容易造成電路振盪。

[PDF]運算放大器・比較器的基礎

電子小百科

何謂USB Power Delivery?

何謂Application Note?