布萊克曼阻抗公式的推導


以下內容參考《Analysis And Design of Analog Integrated Circuits,5E》 8.8.2

上圖為運放的反饋網絡,其中Sic是受控源的輸入信號,k是受控源的增益,Sy是受控源輸出信號。輸入阻抗Zport=Vx/ix,下面就來計算這個輸入阻抗。

假設Vx和Sic是ix和Sy的線性函數,可以列出如下的方程:

Vx=a1*ix+a2*Sy

Sic=a3*ix+a4*Sy

這時,假設受控源的增益k=0,Sy=k*Sic=0,Sy=0時,Vx=a1*ix,這時推導出:

Zport(k=0)=Vx/ix=a1

如果改為電流源輸入,如下圖所示:

如果這時,輸入開路,即ix=0,此時Sic= a4*Sy。

保持輸入端開路,斷開受控源,接入測試源:

此時,Sic=a4*Sy=a4*St,Sr=k*Sic,進而可以得到Sr=k*a4*St,

定義輸入端口開路的反饋比為:

Return Ration(Port Open)=-Sr/St(簡記作RRO)

代入計算有RRO=-Sr/St=-k*a4。

保持受控源斷開狀態下,令輸入短路,如下圖所示:

當輸入短路時,Vx=0,Sy=St,所以Vx=a1*ix+a2*Sy=a1*ix+a2*St=0,進而可以求出:Ix=-a2*St/a1。Sic=a3*ix+a4*Sy=a3*(-a2*St/a1)+a4*St,整理有:Sic=(a4-a2*a3/a1)*St。

定義輸入端口短路的反饋比為:

Return Ration(Port Short)=-Sr/St(簡記作RRS)

又Sr=k*Sic,代入計算有RRS=-Sr/St=-k(a4-a2*a3/a1)

再回到最初的那個公式:

Zport=Vx/ix

而Zport=(a1*ix+a2*k*Sic)/ix, Sic=a3*ix+a4*k*Sic,即Sic=a3*ix/(1-a4*k),代入有:

Zport=a1*[1-k*(a4-a2*a3/a1)]/(1-k*a4)

而前面計算過:

RRS=-Sr/St=-k(a4-a2*a3/a1)

RRO=-Sr/St=-k*a4

Zport(k=0) =a1

所以:

Zport= Zport(k=0)*(1+RRS)/(1+RRO)

這樣就得到了布萊克曼阻抗公式。如果Zport=R,Zport(k=0)=Ro,RRS=Tsc,RRO=Toc,也可以得到另外一種更常見的形式:

R= Ro*(1+Tsc)/(1+Toc)

 


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