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运放构成的放大器的频响与稳定性
阅读: 105 |  回复: 1 楼层直达

2021/03/19 09:49:24
1
k6666
电源币:976 | 积分:6 主题帖:99 | 回复帖:594
LV9
军长

电压反馈型运放构成的放大器,这种运放在频率相对较低的位置有一个主极点,当频率远低于主极点频率时,运放的增益是  A0;在接近主极点频率时增益下降,在主极点频率处大约下降  3dB;频率高于主极点后,增益趋于按照-20dB/dec斜率滚降,将此斜率一直延长到增益为  0dB处的频率被称为增益带宽积(GBP)或单位增益带宽(GBW)。

由于运放存在高阶极点和可能的零点,开环幅频特性在接近  0dB处的斜率通常要改变

(常见的是低于-20dB/dec),所以运放开环幅频特性经过 0dB的频率(穿越频率)通常并不与 GBW相同,尤其是非完全补偿型运放更是相差很大。

如果不考虑高阶极点等的影响,只用一个主极点描述运放的开环频率特性,主极点频率

为 fp1、角频率wp1  = 2p f p1,那么运放的开环频率特性可以表达为:

运放的开环相频特性是:在远低于主极点频率处,相位为   0º;在主极点处约为-45º;

高于主极点频率后趋于-90º;在幅频特性接近 0dB附近由于高阶极点的影响,相位再次下降,通常完全补偿型运放在幅频特性 0dB处约为-140º到-150º左右(也有超出此范围的,但肯定不到-180º),非完全补偿型运放在幅频特性 0dB处的相位接近-180º甚至低于-180º。

反馈网络全部由电阻构成,此时反馈系数  F是一个实数。令反馈电阻为 Rf,运放反相输入端对地电阻为 Rg,则:

根据负反馈理论,闭环后放大器的频率特性是

可以证明,在  F较小(即放大器增益较大)的条件下,运放的高阶零极点对于闭环后

放大器的影响很小,可以忽略,因此用前面只考虑主极点的运放开环频率特性代入上述关系,并考虑到运放增益极高而有1+  AF » AF。

二阶系统在转折频率附近的幅频特性与 Q值有关,稳定性也同样与 Q值有关。当  Q值为  0.707时,转折频率处的幅频下降   3dB;若 Q值大于0.707则幅频特性在转折频率附近有一个凸起,Q值越高此凸起也越高,例如在   Q值等于   1.3时,幅频特性的最大凸起约为 3dB。

由于这个凸起,使得 Q值大于  0.707的幅频特性的的-3dB频率右移,也就是说当   Q值

提高后可以使得放大器的闭环带宽有少许增加,代价是幅频特性的平坦度变差。

但是,Q值增加的另一个副作用是系统的稳定性变差。从理论上说,一个只有  2个极点

的系统,其相频特性永远不会低于-180º,但是实际的运放并不只有两个极点,所以若上述Q值过高,在其他极点的共同作用下,闭环系统的相频特性很可能在  0dB处低于-180º,那时系统必然发生自激振荡。

2021/04/07 15:10:51
2
草帽路飞
电源币:3 | 积分:1 主题帖:4 | 回复帖:39
LV3
排长
楼主加油,关注了。内容很有用。
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