模拟集成电路实践记录_运算放大器的负反馈

实验五，运算放大器的负反馈

5.1 实验背景

5.2 实验内容

1. 使用理想集成运放搭建负反馈正比例放大电路，比较开环频率响应与闭环频率响应
2. 使用上一章节搭建的实际运放搭建负反馈电路正比例放大电路，比较开环频率响应与闭环频率响应
3. 根据结果分析反馈的作用

5.3 实验过程

1. 测试ahdllib中理想运算放大器的频率响应，如下图所示搭建电路图（理想运放为ahdllib中的opamp）

2. 设置激励进行仿真，得到如下结果（VDD=1.8V，GND=0V，Vref=1V，VIN=1V，VIP为1m，10MHz正弦波，直流分量1V）

3. 搭建反馈电路，设置\(R_{ip}=R_{in}=1kΩ\)，\(R_F=10kΩ\)，如果要增大放大比例则调整\(R_F/R_{ip}\)

4. 使用相同激励条件进行仿真

5. 将上一章节设计的二阶运放封装为symbol

6. 调用该symbol搭建反馈放大电路

7. 使用相同的激励条件进行仿真

5.4 实验分析

同相放大器的闭环增益为\(A_v \approx 20log(R_F/R_{ip})dB\)

理想放大器开环特性：

增益	3dB带宽	单位增益带宽
106.736dB	9.24Hz	2.05MHz

理想放大器闭环放大特性：

\(R_{F}/R_{ip}\)	增益	3dB带宽	单位增益带宽
10	20.872dB	89.856kHz	994.432kHz
100	40.077dB	9.8567kHz	1.0033MHz
1000	59.929dB	1.004kHz	1.0039MHz

真实放大器开环特性：

增益	3dB带宽	单位增益带宽
61.462dB	1.667MHz	2.06GHz

真实放大器闭环特性：

\(R_F/R_{ip}\)	增益	3dB带宽	单位增益带宽
10	26.268dB	97.925MHz	1.487GHz
100	44.649dB	11.517MHz	1.479GHz
1000	57.389dB	2.665MHz	1.488GHz

从以上仿真结果中可以分析出：

1. 对于电压型负反馈，改变反馈系数的情况下，单位增益带宽（GBW）基本保持不变
2. \(GBW=BW \times Gain\)，因此闭环闭环增大的情况下，3dB带宽会相应减少，反之闭环增益减小，3dB带宽增大
3. 实际放大器的增益难以达到理想放大器的级别（100dB以上），所以理论上的\(H \rightarrow \infin\)很难满足，反馈系数\(G\)越小，误差\(X-YG=X/(1+GH)\)越大
4. 对比普通的放大器，运算放大器开环工作的情况下的放大倍数要高很多，但相应的带宽也大大减小，因此在实际使用时（信号的固定比例放大/反相/信号加减等）需要连接成负反馈的形式