1、 5.3.3 集成運算放大器的頻率補償集成運算放大器的頻率補償 5.3.2 負反響放大電路穩定性的判別負反響放大電路穩定性的判別5.3.1 負反響放大電路的自激振蕩條件負反響放大電路的自激振蕩條件 5.3.4 集成運算放大器的高頻參數集成運算放大器的高頻參數5.3.1 負反響放大電路的自激振蕩條件負反響放大電路的自激振蕩條件幅度平衡條件幅度平衡條件1 . FA相位平衡條件相位平衡條件 180 fa 幅度起振條件幅度起振條件1 . FA相位起振條件相位起振條件 180 fa 附加相移附加相移幅度平衡條件幅度平衡條件1 . FA相位平衡條件相位平衡條件 180 fa 幅度起振條件幅度起振條件1 .

2、 FA相位起振條件相位起振條件 180 fa 1 . FA 180 fa 5.3.1 負反響放大電路的自激振蕩條件負反響放大電路的自激振蕩條件f.id.o.f.id.o. 1XXXXXXFA 即即id.f. 1XXFA 則則f.Xi.Xo.Xid.X5.3.2 負反響放大電路穩定性的判別負反響放大電路穩定性的判別一、判別方法一、判別方法產生自激振蕩產生自激振蕩1 . FA能否滿足能否滿足 且且 180 fa dB0 20lg. FA1 . FA 即即一、判別方法一、判別方法產生自激振蕩產生自激振蕩不產生自激振蕩不產生自激振蕩dB 0 20lg. FA1 . FA即即5.3.2 負反響放大電路穩

3、定性的判別負反響放大電路穩定性的判別二、穩定裕度二、穩定裕度1. 增益裕度增益裕度 Gm2. 相位裕度相位裕度m 指指頻率處的環路增益分貝值頻率處的環路增益分貝值 180 fa 時對應時對應通常要求通常要求dB10 mG二、穩定裕度二、穩定裕度1. 增益裕度增益裕度 Gm2. 相位裕度相位裕度m 指指頻率處的環路增益分貝值頻率處的環路增益分貝值 180 fa 時對應時對應通常要求通常要求dB10 mG指指環路附加相移絕對值與環路附加相移絕對值與180的差值的差值時對應頻率處時對應頻率處dB0lg20. FAcff fam180 通常要求通常要求 45m 反響網絡為純電阻網絡時判別穩定的簡便方法

4、反響網絡為純電阻網絡時判別穩定的簡便方法 在開環幅頻特性圖中作高度為在開環幅頻特性圖中作高度為 的程度線稱的程度線稱之反響線，與幅頻特性曲線相交，根據交點所對應的附加之反響線，與幅頻特性曲線相交，根據交點所對應的附加相移相移a a 能否小于能否小于180180來判別電路能否穩定。假設小于來判別電路能否穩定。假設小于180180，那么穩定，否那么不穩定。那么穩定，否那么不穩定。./1lg20F 直接利用開環幅頻特性進展判別：直接利用開環幅頻特性進展判別：./1lg20lg20FA 1 020lg . FAFA，即即反響網絡為純電阻網絡時判別穩定性舉例反響網絡為純電阻網絡時判別穩定性舉例穩定穩定

5、穩定穩定 不穩定不穩定 不穩定不穩定 可見：可見： 反響系數反響系數F 越大即反響越深，越大即反響越深，那么越易自激。那么越易自激。反響網絡為純電阻網絡時判別穩定性舉例反響網絡為純電阻網絡時判別穩定性舉例 假設能使反響線假設能使反響線與開環幅頻特性曲與開環幅頻特性曲線交于線交于 20dB /十十倍頻倍頻 的區域，那么的區域，那么可有可有 a ，即，即有有45 及以上相位及以上相位裕量，使電路穩定。裕量，使電路穩定。 a 普通應使程度線普通應使程度線 與開環幅頻特性曲線相交于與開環幅頻特性曲線相交于 20dB /十倍頻程十倍頻程 的區域，這樣通常可有不小于的區域，這樣通常可有不小于45 的相位裕

6、的相位裕量，使電路穩定。量，使電路穩定。./1lg20F設計負反響放大電路的重要原那么之一：設計負反響放大電路的重要原那么之一：例例5.3.1某負反響放大電路中，開環頻率特性如以下圖，設某負反響放大電路中，開環頻率特性如以下圖，設反響網絡為純電阻網絡，為保證電路穩定義務，試反響網絡為純電阻網絡，為保證電路穩定義務，試確定反響系數的最大值。確定反響系數的最大值。解：解： 為保證可靠穩定，設為保證可靠穩定，設 相位裕量為相位裕量為4545 ，那，那么么 由圖可得由圖可得: :4maxmax10dB801lg20 FF5.3.3 集成運算放大器的頻率補償集成運算放大器的頻率補償 頻率補償即在電路中接

7、入一些電容、電阻元件，改動放大頻率補償即在電路中接入一些電容、電阻元件，改動放大電路開環增益在高頻段的相頻特性，使電路具有足夠的穩定裕電路開環增益在高頻段的相頻特性，使電路具有足夠的穩定裕量，故頻率補償也稱相位補償。量，故頻率補償也稱相位補償。 常用措施：常用措施：電容滯后補償或電容滯后補償或稱簡單電容補償稱簡單電容補償RC 滯后補償滯后補償密勒效應補償密勒效應補償2i2i1o1H)/(21CRRf 簡單電容補償方法：簡單電容補償方法： 補償電容加于上限補償電容加于上限頻率最低的那個放大器頻率最低的那個放大器的輸入端，使反響線只的輸入端，使反響線只能處于開環幅頻特性曲能處于開環幅頻特性曲線斜率

8、為線斜率為 20dB /十倍十倍頻頻 的區域。的區域。)(/(212i2i1oHCCRRf 由于反響線只能在橫軸上方，由于反響線只能在橫軸上方，因此補償后，能穩定。因此補償后，能穩定。以簡單電容補償為例闡明頻率補償原理以簡單電容補償為例闡明頻率補償原理*討論討論負反響放大電路產生自激振蕩的主要緣由是什么？負反響放大電路產生自激振蕩的主要緣由是什么？如何預防或消除之？如何預防或消除之？ 答：由于放大電路在高頻段和低頻段存在附加相移，當負反響答：由于放大電路在高頻段和低頻段存在附加相移，當負反響放大電路中環路增益的附加相移到達放大電路中環路增益的附加相移到達 180 時，就將負反響變成時，就將負反

9、響變成正反響，假設環路增益的幅值還滿足正反響，假設環路增益的幅值還滿足 ，就會產生自激，就會產生自激振蕩，這是負反響放大電路產生自激振蕩的主要緣由。負反響振蕩，這是負反響放大電路產生自激振蕩的主要緣由。負反響放大電路級數越多，反響越深，產生自激振蕩的可以性就越大。放大電路級數越多，反響越深，產生自激振蕩的可以性就越大。 1. FA 要預防或消除自激振蕩，就必需破壞產生振蕩的條件。要預防或消除自激振蕩，就必需破壞產生振蕩的條件。對高頻自激振蕩，通常采用頻率補償。對阻容耦合方式構成的對高頻自激振蕩，通常采用頻率補償。對阻容耦合方式構成的負反響放大電路，所用耦合電容和旁路電容的數目越多，那么產負反響

10、放大電路，所用耦合電容和旁路電容的數目越多，那么產生低頻自激振蕩的可以性越大，對付由此引起的低頻振蕩可通生低頻自激振蕩的可以性越大，對付由此引起的低頻振蕩可通過適當改動耦合電容和旁路電容的電容量。對因電源耦合引起過適當改動耦合電容和旁路電容的電容量。對因電源耦合引起的低頻自激振蕩，通常采用電源去耦電路。的低頻自激振蕩，通常采用電源去耦電路。AudAudAud0.5V/ s)/(lg20NPOuuu cd/lg20uuAABNBPII 2/ )(BNBPII maxod/dtu 5.3.4 集成運算放大器的高頻參數集成運算放大器的高頻參數它們限制了運放運用電路的最高義務頻率。它們限制了運放運用電

11、路的最高義務頻率。一、小信號頻率參數一、小信號頻率參數1. 開環帶寬開環帶寬BW2. 單位增益帶寬單位增益帶寬BWGf / Hz20lgAud /dBf H=BWOf c=BWG BWG= Aud BW = Auf BWf帶寬增益積帶寬增益積 =可見：可見： BWf 遭到遭到BWG 和和Auf 的限制。的限制。 5.3.4 集成運算放大器的高頻參數集成運算放大器的高頻參數 開環放大倍數與開環放大倍數與開環帶寬之積開環帶寬之積 所構成的負反響放大電路的所構成的負反響放大電路的閉環放大倍數與閉環帶寬之積閉環放大倍數與閉環帶寬之積一、小信號頻率參數一、小信號頻率參數1. 開環帶寬開環帶寬BW2. 單

12、位增益帶寬單位增益帶寬BWGf / Hz20lgAud /dBf H=BWOf c=BWG BWG= Aud BW = Auf BWf帶寬增益積帶寬增益積 =用之構成用之構成 Auf = 10 的放大電路時，可得的放大電路時，可得 BWf =例：運放例：運放 LM741 : Aud = 104，BW = 7 Hz，7 kHz可見：可見： BWf 遭到遭到BWG 和和Auf 的限制。的限制。 5.3.4 集成運算放大器的高頻參數集成運算放大器的高頻參數二、大信號動態參數二、大信號動態參數1. 轉換速率轉換速率 SRmaxoRddtuS 時時當當輸輸出出為為正正弦弦波波 sin omotUu om

13、omo2ddmaxfUUtu 那么那么SR 2 f Uom例：例： A741： SR =0.5V/ s ， Aud = 104，BW = 7 Hz min(7kHz， 8 kHz)=7kHztUtu cosddomo 故應保證故應保證可見：可見： BWf 還遭到還遭到SR 和和Uom 的限制。的限制。 即即BWf 由由SR 、Uom 、 BWG 、Auf 共同決議。共同決議。用之構成用之構成 Auf = 10 的放大電路，的放大電路， Uomm= 10 V ，求，求BWf 故可得故可得 BWf =解：解： 受受BWG 和和Auf 的限制，的限制， BWf 為為7kHz 受受SR 和和Uom的限制，的限制， BWf =(0.5/210)MHz=8kHz1. 轉換速率轉換速率 SRmaxoRddtuS SR 2 f Uom2. 全功率帶寬全功率帶寬 BWP指輸出最大峰值電壓時對應的最高義務頻率指輸出最大峰值電壓時對應的最高義務頻率ommRP2 USBW 二、大信號動態參數二、大信號動態參數 了解負反響放大電路產生自激振蕩的緣由、條件了解負反