今天我们来学习一下运放稳定性判据,之前进行了波特图的讲解,再补充一点,第二十集都是对电阻和电容的串并联的零极点进行分析,而没有对电感进行分析,是因为一般运放电路中很少使用电感,所以这里不对含电感的电路进行分析,读者可自行推导。继续上节的内容,如下图,为电阻与电容并联再串联,同样的,先从阻抗的角度进行分析,对于直流来说,还是等效为两个电阻串联,对于交流来说,具有一个零点和两个极点,而从反馈的角度进行分析,只有一个极点和零点,相对于阻抗来说,少了一个极点,这是因为反馈是从R1和R2连接的中点引出的。
再来看一下下图电路,虽然看上起比较乱,但是实际上应用的还是比较多的,R1》R2,C1《C2,这里的C1通常是陶瓷电容一般容量比较小,通过为pF级别,而C2为电解电容,通过为uF级别,但是电解电容通常等效内阻比较大,所以R2的阻值比较小,作为电解电容的内阻,通常几欧姆。而R1为负载,所以R1的阻值远大于R2。这里两个极点一个零点,R1(C1+C2)为低频极点,R2C2为零点,R2(C1//C2)为高频极点,所以其波特图为先直流增益不变,之后经过低频极点,以-20dB每十倍频下降,之后经过零点,保持增益不变,最后经过高频极点,增益继续以-20dB每十倍频下降。
这样,我们再来看一下稳定性判据,之前也提到过,相位裕度和增益裕度,下面这幅图展示的更清楚一些,对于开环来说,相位裕度为0dB时对应的相角加180,也就是图中的φm,一般来说,45度-60度之间的相位裕度是比较合适的,如果相位裕度比较小则容易不稳定,相位裕度等于0度时就会发生振荡,随着相位裕度的增加,系统有过冲的对输入进行响应,如果相位裕度比较大,系统没有过冲指数性的上升到指定值,系统响应比较慢,增益裕度就是相角为-180度时的增益,一般小于0dB,也就是图中的GM。
稳定性判据,当环路增益为1时的相位裕度大于0,对于设计好的运放电路的稳定性要看环路增益的相位裕度,当环路增益为1时,也就是运放的开环增益为1/B时,比如对于同相放大器来说,系统增益为(1+(R2/R1))倍,所以这时需要看运放开环增益为(1+(R2/R1))时对应的相角。当运放接成跟随器的时候,它的增益就是0dB,相对于其他放大倍数来说,而所对应的相角裕度也是最小的,但是它-3dB频率比较大,所以在增大-3dB频率的同时,使得相角裕度变小,所以还是印证了那句话,对于模电来说,没有最好的,只有最适合的。同样的,当运放开环的相位裕度和增益裕度满足要求时,也就是0dB时的相位大于-180度,当然闭环时构建其他放大倍数的运放电路时,肯定也满足相位裕度。
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原文标题:运放提高笔记第21集-运放稳定性判据
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