开环增益是
集成运算放大器在没有反馈电阻状态下的差模电压增益,是集成运算放大器的输出电压与差动输入电压之比。由于负反馈降低了放大器的放大能力,所以在同一系统中,闭环增益一定小于开环增益。在
自动控制系统中,开环增益是指将
开环传递函数写为常数项为1的标准形式后,对应的开环传递函数增益。
把
反馈控制系统(闭环系统)的反馈回路从比较点处和引出点处断开,从比较点开始,沿前向通路至引出点,再沿反馈回路回至比较点处的各增益之乘积。或表述为反馈回路和前向通路组成各环节中中所有的增益之乘积。
在不具负反馈情况下(开环路状况下),运算放大器的放大倍数称为开环增益,简称AVOL。AVOL的理想值为无限大,一般约为数千倍至数万倍之间,其表示法有使用dB及V/mV等,例如μA741C及LM318的AVOL典型值均为200V/mV或106dB。在运算放大器中为使计算简便而有虚接地(Virtual Ground) 的假设,在此假设AVOL必须越大越容易满足此虚接地(虚短)的条件。
当开环增益和反馈系数之积远大于1后,负反馈放大器的闭环增益约等于反馈系数的倒数。在具体的电路设计中,负反馈放大器的闭环增益是作为要求确定的,是一个已知数。开环增益大了就要求反馈系数小,反之则大。
对于
闭环控制系统,开环增益指化为标准形式的
开环传递函数的增益。以带有单位负反馈的二阶系统为例,前向通道传递函数G(s)=ωn^2/s(s+2ωnζ),此处ωn为系统的无阻尼自振频率,ζ为系统的
阻尼比。因为是单位负反馈,故反馈通道传函为H(s)=1,故系统的开环传递函数为G(s)H(s)=ωn^2/s(s+2ωnζ)。化为标准形式的开环传函为G(s)H(s)=(ωn/2ζ) / s(s/2ωnζ+1),分子ωn/2ζ即为系统的开环增益,记为K=ωn/2ζ。
开环增益表达式为K=ωn/2ζ或k=Rf/R1。可见开环增益与无阻尼自振频率ωn和阻尼比ζ有关,系统的无阻尼自振频率由系统本身的结构决定。当阻尼比ζ增大时,例如在系统中引入测速反馈,ωn不发生变化,阻尼比ζ 变为ζ + 0.5(Kt·ωn),系统的阻尼比增大,开环增益减小,系统的动态性能下降,但超调量减小,稳定性增强。