詳細(xì)探討了運(yùn)放反相放大電路與積分電路中反饋電阻和電容的作用。在反相放大電路中，電容主要用于穩(wěn)定電路，減少高頻干擾，而電阻是主要的放大元件。在積分電路中，電容起主導(dǎo)作用，電阻則提供直流反饋路徑，防止因失調(diào)電壓導(dǎo)致的飽和狀態(tài)。通過(guò)仿真和理論分析，闡述了電阻電容如何影響電路性能和穩(wěn)定性。

運(yùn)放反相比例放大電路中反饋電阻兩端經(jīng)常并聯(lián)一個(gè)電容，而運(yùn)放積分電路的反饋電容上常常并聯(lián)一個(gè)電阻，兩者電路結(jié)構(gòu)相似，如下所示（隱去阻容值），二者有何區(qū)別呢？電阻、電容分別又起到什么作用？

反相放大電路：電阻為主，電容為輔。

先說(shuō)結(jié)論，反相放大電路中，電阻為主，電容為輔，加上電容只是為了讓電路更加穩(wěn)定，避免高頻干擾。

從時(shí)域角度理解：
我們?cè)贚Tspice中搭建如下仿真電路，輸入端Vin1模擬一個(gè)脈沖干擾，觀察輸出波形vout會(huì)怎樣？

簡(jiǎn)單介紹：輸入信號(hào)給1個(gè)激勵(lì)脈沖，初始電平為0V，高電平為1V，1ms時(shí)刻開(kāi)始上升，上升時(shí)間為50ns，高電平維持50ns，下降沿50ns。電阻R1為10k，電阻R2為100k，反饋電容設(shè)置為可變量C1_VALUE。仿真命令中將C1_VALUE設(shè)置為列表形式，取值依次為0pf和2pf，分別對(duì)應(yīng)沒(méi)有反饋電容和2pf反饋電容，對(duì)應(yīng)的仿真輸出曲線也有兩條。

仿真結(jié)果如下：

藍(lán)色線為輸入信號(hào)，模擬1個(gè)向上的脈沖信號(hào)，上升時(shí)間為50ns，高電平為1V，維持50ns，下降沿50ns；紅色線（下面那條，C1_VALUE=0PF）為電容為0pf（即沒(méi)有電容）時(shí)的輸出，由圖可見(jiàn)當(dāng)沒(méi)有反饋電容時(shí)，輸入信號(hào)被反向放大10倍，幅度達(dá)到-10V；

紅色線（中間那條，C1_VALUE=2PF）為電容為2pf時(shí)的輸出，由圖可見(jiàn)當(dāng)有反饋電容時(shí)，輸入信號(hào)也會(huì)被放大。但由于電容兩端電壓不能突變，輸出電壓并不是跟隨輸入立刻達(dá)到-10V，而是緩慢增大。還未達(dá)到最大值時(shí)，輸入信號(hào)的脈沖干擾已經(jīng)消失，此時(shí)輸出電壓不再增加，而是反向減小，恢復(fù)原值。與電容濾波原理一樣。

個(gè)人覺(jué)得并不嚴(yán)謹(jǐn)，也可能是自己理解不夠。

假設(shè)輸入信號(hào)Vin有個(gè)向上的脈沖干擾，該干擾傳遞到運(yùn)放反相輸入端，方向向上；而同相輸入端接地，電壓不變（由于時(shí)間很快，還未建立負(fù)反饋，因此虛短還未建立，即同相輸入端和反相輸入端電壓并不一致）。由于運(yùn)放放大作用此時(shí)輸出端Vout有個(gè)向下脈沖干擾。但是因?yàn)橛胁⒙?lián)電容C1，電容兩端電壓不能突變，因此電容右端是緩慢向下變化的，與LTspice仿真圖中類似。

以上通過(guò)仿真和電容知識(shí)分析了當(dāng)有高頻干擾時(shí)，電容可以起到“緩沖”的作用，減少干擾。

從頻域角度理解：
R2、C1 共同組成反饋網(wǎng)絡(luò)，確切說(shuō)是“阻抗”，即二者并聯(lián)值，運(yùn)放的放大倍數(shù)由反饋“阻抗”決定，完整表達(dá)式為R2/((1+jwC1R2)*R1)。
對(duì)于直流信號(hào)而言，w為0（反饋電容阻抗1/jwC1無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路），此時(shí)只有反饋電阻R1有作用，放大倍數(shù)退化為R2/R1；對(duì)于高頻信號(hào)，w很大（反饋電容阻抗1/jwC1無(wú)窮小，相當(dāng)于短路），放大倍數(shù)趨近于0，即濾除了高頻信號(hào)，提高運(yùn)放的穩(wěn)定性，防止自激震蕩

仿真原理圖如下：

簡(jiǎn)單介紹：幅頻特性仿真，R1為10k，R2為100k，反饋電容設(shè)置為可變量C1_VALUE。仿真命令中將C1_VALUE設(shè)置為列表形式，取值依次為0pf和2pf，對(duì)應(yīng)的仿真輸出曲線也有兩條。
仿真結(jié)果如下：

當(dāng)反饋電容為0pf時(shí)，幅頻特性曲線如藍(lán)色線條所示，始終為20dB，即放大倍數(shù)為100k/10k=10倍。

當(dāng)反饋電容為2pf時(shí)，幅頻特性曲線如紅色線條所示，呈低通濾波特性：低頻段為20dB，隨著頻率上升增益下降，-3dB大約在797kHz，即1/(2piR2*C1)≈795kHZ，理論值與仿真結(jié)果一致。

小結(jié)
以上為理想運(yùn)放仿真結(jié)果，實(shí)際上由于寄生電容的存在，高頻干擾更容易造成電路不穩(wěn)定。因此，為了提高運(yùn)放的穩(wěn)定性，防止自激震蕩，可以適當(dāng)增加反饋電容。反饋電容會(huì)改變相位并降低帶寬，一般都是選pF級(jí)的電容，即電阻為主，電容為輔。

積分電路：電容為主，電阻為輔。

先說(shuō)結(jié)論，運(yùn)放積分電路中，電容為主，電阻為輔。加上電阻只是為了增加直流通路，避免輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流等造成的持續(xù)電流使得運(yùn)放進(jìn)入飽和狀態(tài)。

這里貼上《新概念電路》中積分器知識(shí)。

《新概念模擬電路》中已經(jīng)講得很清楚，我們這里做個(gè)仿真，原理圖如下：

簡(jiǎn)單介紹：輸入信號(hào)VIN設(shè)置為幅度1V，頻率為5kHz的正弦信號(hào)。為了便于計(jì)算，電容C1設(shè)置為3.1831nf，即在5kHz頻率下10k阻抗對(duì)應(yīng)的電容值。運(yùn)放為理想運(yùn)放。
仿真結(jié)果如下：

紅色為輸入信號(hào)，幅度為1V，頻率為5kHz，藍(lán)色為輸出信號(hào)，幅度也為1V，頻率為5kHz，且輸出信號(hào)明顯為輸入信號(hào)的積分，即該積分電路可正常工作。

上面為理想情況，實(shí)際工作中輸入信號(hào)可能含有直流成分，運(yùn)放存在失調(diào)電壓和失調(diào)電流，無(wú)論那種情況都會(huì)使運(yùn)放很快進(jìn)入飽和狀態(tài)，即輸出接近±供電電壓。
下面我們調(diào)整運(yùn)放的參數(shù)失調(diào)電壓為1V（實(shí)際一般為uV級(jí)到mV級(jí)，此處為了便于顯示，修改為1V）,仿真結(jié)果如下：

紅色為輸入信號(hào)，交流幅度為1V，頻率為5kHz，藍(lán)色為輸出信號(hào)，趨近于﹣15V，即此時(shí)處于飽和狀態(tài)。根據(jù)《新概念》，由于存在直流分量，一直對(duì)電容充電，這個(gè)時(shí)候運(yùn)放無(wú)法維持虛短。圖中，灰色線即為運(yùn)放反相輸入端電壓，確實(shí)不為0，并沒(méi)有和同相輸入端的GND保持一致。

為了使積分電路能正常工作，電容兩端并聯(lián)一個(gè)電阻，本次仿真取100k，仿真結(jié)果如下：

紅色為輸入信號(hào)，交流幅度為1V，頻率為5kHz，藍(lán)色為輸出信號(hào)，均值為-10V，交流幅度為1V，頻率為5kHz。灰色線即為運(yùn)放反相輸入端電壓，為1V，與我們之前設(shè)置的失調(diào)電壓1V相等，此時(shí)滿足虛短。由圖可見(jiàn)，輸出信號(hào)為輸入信號(hào)的積分，只不過(guò)多了個(gè)直流分量，相當(dāng)于積分時(shí)的常量。本例中失調(diào)電壓最終放大了10倍，實(shí)際使用時(shí)失調(diào)電壓較小，對(duì)最終的輸出影響也較小。因此我們可以選取一個(gè)合適的電阻值，使積分電路可以正常工作，避免快速進(jìn)入飽和狀態(tài)。

也可以換個(gè)角度考慮，對(duì)于直流信號(hào)而言，電容阻抗無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路，即沒(méi)有反饋回路，不再滿足虛短，那么運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端的壓差肯定會(huì)使運(yùn)放飽和。增加直流反饋通路后，對(duì)于直流信號(hào)，該電阻可以形成負(fù)反饋回路，避免運(yùn)放飽和。而對(duì)于高頻信號(hào)而言，電容阻抗較小，只要電阻不選得太小，此時(shí)并聯(lián)阻抗取決于電容，電阻也不會(huì)影響電路額高頻特性。

小結(jié)
為了避免積分電路進(jìn)入飽和狀態(tài)，需要增益一條直流反饋回路，確保運(yùn)放工作在“深度負(fù)反饋區(qū)”，維持運(yùn)放的虛短特性，此時(shí)積分器才可以正常工作。電阻的選取需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析。

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