【模电】0014 运放自激振荡和消除(补偿)

2023-11-12

一般我们讨论的负反馈放大电路多关注其幅频特性(也就是它的增益);而对其相频特性关注的不多,这主要是因为,一个放大电路如果它工作状态是稳定的,其输入和输出相差一定的相位对分析它的特性并不影响,只是相当于信号延迟了一点时间。

注意这里有个前提条件,就是放大电路工作是稳定的,也就是说它不会自激振荡。这一节我们分析一下负反馈放大电路自激振荡相关的问题。

1)自激振荡产生的原理

我们先回顾一下负反馈放大电路的基本原理框图:

 如图中,负反馈放大电路在引入了反馈量之后,放大电路的净输入Xid将减小,所以Xi和Xf是同相位的,也就是通过基本放大电路A和反馈网络F的处理之后,信号变化了整数个周期,有相移角φa+φf=2n*180°。

上面的分析,是基于信号处于中频区域,电路中的电抗性元器件影响不明显;当信号处于高频或低频区时,电路中的电抗性元器件的影响增大,基本放大电路的增益A和反馈网络的反馈系数F相位会随频率产生变化,会使得Xf与Xi不再同相位,产生附加相位。

当在某一频率下,A和F的附加相位达到180°时,就会使得φa+φf = (2n+1)*180°,即Xf与Xi变成了反相,放大电路由负反馈变成了正反馈!

进一步地,当正反馈较强时,以至于达到-Xf=Xid时,则此时电路没有输入,也能产生输出信号,即发生了自激振荡。

以自激振荡的条件分析,当-Xf=Xid时,因为Xid·A·F=Xf,则环路增益A·F = -1(这里A和F都是复数),也就是它满足幅值条件和相位条件:|A·F| = 1 且 φa+φf = (2n+1)*180°。为了突出附加相位的关系,相位条件也常写成Δφa+Δφf =±180°。

所以,在满足上述幅值条件和相位条件时,电路可以保持振荡的状态。另外,一般情况下,当相位条件满足Δφa+Δφf =±180°,且|A·F| > 1时,更容易起振,此时电路更容易由一个小幅振荡越变越大,最终达到电路的电源可提供的最大振幅。

2)稳定工作的条件

由上一节分析,自激振荡的条件需要满足相位条件、幅值条件,所以,如果想要抑制电路自激,只要破坏任意一个条件即可,即要求|A·F|>=1时|φa+φf|<180°,或者当φa+φf=±180°时|A·F|<1。

我们在环路增益A·F的波特图上进行分析,如图是一个放大电路的环路增益波特图示例:

 我们将|A·F|和φa+φf的图形横坐标(频率)对齐,然后比对。

当|A·F|=1时,也即20lg|A·F|=0时,频率为f0,对应到附加相移φa+φf图形上,可以看到此时相移是小于180°的,所以不会自激振荡。也可以通过相位条件反推,当相位条件满足时,频率为图中f180,对应到幅值图形中,可以看到增益Gm的对数是小于0的,即|A·F|<1,也不会自激振荡。

图中增益为0dB的相位与180°的差值φm称为相位裕度,Gm与0dB的差值称为增益裕度。工程上一般要求φm>=45°或Gm<=-10dB,以保证电路在外界干扰、环境变化、电路参数等条件变化时仍能保持良好的稳定性。

下面我们以几个简单的例子来说明一下

a)不满足自激条件的电路仿真

如下图,是一个简单的电压跟随器电路,负载是一个纯电阻:

我们使用波特图仪仿真出它的环路增益波特图,第一个图是幅频响应,第二个图是相频响应。

可以看到,第一幅图中,这个电路的环路增益始终比0dB小(最大为-0.004dB,频率到1.9MHz时约为-10.9dB),所以不会自激振荡。

另一方面,第二幅图中,相频响应要到2.98MHz才能使相移到145°左右,而此时幅频响应是要远小于0dB的,所以也不会自激振荡。而且这个电路有比较大的相位裕度和增益裕度。

b)可能自激的情况

如下图,仍然是同样的电压跟随器电路,但是负载是一个电阻并联电容:

我们知道,运放驱动电容性负载,是很容易发生振荡的,实际分析情况如何呢?

可以看到,第一幅图中,这个电路的环路增益起始为0dB,之后有一个升高的尖峰,此区间增益是大于0dB的;到9.205kHz时降为1.75dB,此时仍然是大于0dB的。

另一方面,第二幅图中相频响应在9.205kHz时,相移为-179.4°,接近-180°,此时是非常容易自激振荡的。

3)运放自激振荡的补偿

运放自激振荡时,一般可以通过以下几种方法解决:

a)当振荡由分布电容、电感等引起时,可通过反馈端并联电容,抵消影响

如下图,反相比例放大电路中,输入处有分布电容Cin,这个电容会引起一定的相位滞后,在一定频率下会使得电路振荡;解决办法是在反馈电阻R2上并联一个电容Cf,称为相位超前补偿;增加Cf后可以使得0dB点的频率后移。一般Cf取值为几pf至几十pf,大于Cin即可。

b)振荡是由于运放驱动容性负载引起,可以在输出端串接小电阻消除

运放驱动容性负载,会使得反馈信号滞后,可以在输出处串接一个小电阻,减弱电容对反馈信号的滞后作用;这属于环路外补偿。如下仿真图:

和上一节的容性负载波特图比较,可以看到,在有容性负载的输出处串联了一个5.1Ω的小电阻后,已经没有大于0dB的点,而且相位裕度也很大。

c)降低环路增益

前两种方法都是通过调整电路的相位来实现的,某些时候,可以降低电路的环路增益(即减少反馈量,增大闭环增益)来解决振荡问题。如某些种类的运放在闭环放大倍数小于1时,不能稳定工作,此时可以调整参数,增大其闭环增益A(即减小F),则可以稳定工作。

欢迎关注我的公众号,获取仿真文件,文章同步更新:

本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

【模电】0014 运放自激振荡和消除(补偿) 的相关文章

  • 细说三极管

    文章目录 前言 一 什么是三极管 二 三极管是哪三级 1 基极 2 集电极 3 发射极 三 三极管的分类 1 根据材料 2 根据结构 3 根据功率 4 根据工作频率 5 根据制作工艺 6 根据制外形封装 7 根据用途 四 三极管的工作原理
  • 光耦基础知识

    1 光耦 光耦合器 optical coupler 英文缩写为OC 亦称光电隔离器或光电耦合器 简称光耦 在电源当中 光耦和TL431一般都是一起出现的 它们组合一起的作用是用来控制初次级反馈环路的稳定 从而实现输出电压的稳定 有插件的 也
  • FPGA设计篇之流水线思想

    FPGA设计篇之流水线思想 一 写在前面 二 正文开始 2 1举个栗子 2 2 1情况一 组合逻辑 2 1 2情况二 流水线设计 2 1 4 小总结 2 2举第二个栗子 写在最后 一 写在前面 流水线 大家好 我是富土康三号流水线的张全蛋
  • 【详解】指令系统中跳转指令与OF,SF,CF,ZF的关系

    目录 无符号跳转表示法 有符号跳转表示法 无符号跳转表示法详解 有符号跳转表示法详解 无符号跳转表示法 小于 大于等于 小于等于 大于 有符号跳转表示法 小于 大于等于 小于等于 大于 无符号跳转表示法详解 我在学习这部分的最大的困惑点就是
  • 各种FIFO硬件设计(FIFO概念、异步、同步、非2次幂深度FIFO)

    文章目录 一 FIFO概述 二 FIFO分类 三 FIFO重要信号与参数 3 1 信号 3 2 参数 3 2 1 data depth的确定 四 FIFO存储原理 五 同步FIFO 5 1 空满信号判断 5 2 同步FIFO源码 5 3 测
  • Allegro如何导出和导入设计规则操作指导

    Allegro如何导出和导入设计规则操作指导 当需要借用另外一款PCB的设计规则时候 Allegro支持把PCB设计规则导入到另外一块PCB中 如下图 具体操作如下 打开规则管理器 打开后如下图
  • 66W真的比60W充电更快吗?基于Charge pump Charger的快充方案分析

    智能手机发展至今 充电功率和电池续航一直是人们最为关注的问题之一 从早期的5V 1A和5V 2A的低瓦数快充 到后来的高压大电流和低压小电流两极分化 不同手机厂商都制定了自己的充电协议 如OPPO的VOOC vivo的Flash Charg
  • 模拟电路设计(33)---电源变换器简介

    概述 电子设备都需要供电 其电能来源于火力 水力 核子发电厂提供的交流电 这些交流电通过电源设备变换为直流电 但是 这种直流电源不符合需要 仍需变换 这称为DC DC变换 常规的变换器是串联线性稳压电源 其调整元件工作于线性放大区 通过的电
  • 获取时间和脸颊、下颚线灯模式

    电流检测的应用 电路检测电路常用于 高压短路保护 电机控制 DC DC换流器 系统功耗管理 二次电池的电流管理 蓄电池管理等电流检测等场景 对于大部分应用 都是通过感测电阻两端的压降测量电流 一般使用电流通过时的压降为数十mV 数百mV的电
  • 最详细的Vivado安装教程

    V i v a d o 安 装
  • EMC经典问答85问(75-77问)

    75 某个手持测试产品 可以电池供电 同时也可以采取外置适配器供电方式 适配器单独带负载辐射发射 RE 测试可以通过 手持产品在电池供电情况下辐射发射 RE 也可以通过 并且余量都比较大 但是在带外置适配器的情况下 却在 160M 频率左右
  • 微弱直流电压/电流信号的采样电路 --滤波跟随放大

    要求将待测的电压 1mV 1000mV 电流 1mA 100mA 采样出来传给单片机 我的思路是 电压采样先用放大电路放大 再进行滤波 把50Hz的交流电干扰滤除 然后再进行模数转换传给单片机 电流的话用一个采样电阻 然后对其电压采样后推算
  • 继电器、并联的二极管和驱动三极管选型实战演练

    继电器选型原则 继电器的选用原则参见下表 在表中 必须确定 栏中有 号的项目被确定之后 就可选定一款继电器 如果有进一步的要求 需要进一步考虑 参考 栏中有 号的相应项目 下面对表格中的所有参数进行详细说明 触点 1触点负载 确定继电器所能
  • N沟道和P沟道MOS管的四个不同点

    作者 快捷芯 功率半导体创新品牌 1 芯片材质不同 虽然芯片都是硅基 但是掺杂的材质是不同 使得N沟道MOS管是通过电子形成电流沟道 P沟道MOS管是用空穴流作为载流子 具体原理可以参考一些教科书 属于工艺方面的问题 2 同等参数P沟道MO
  • CAN FD基础

    CAN FD基础 一 CAN FD与CAN 2 0的区别 1 CAN FD的优势 该协议能够支持更高的速率 可以更快的刷写ECU 在单个数据帧内传送率可达64字节 避免了经常发生的数据分拆传输的状况 对汽车行业而言 CAN FD协议显得非常
  • Allegro PCB封装焊盘介绍(一)

    PCB封装焊盘结构 焊盘结构如图 1所示 图 1焊盘结构 锡膏层 SMT刷锡膏贴片用 一般贴片焊盘要选 跟焊盘等大 阻焊层 把焊盘裸露出来 不开的话 焊盘会被油墨盖住 这样无法焊接哦 一般比焊盘大0 1mm 顶层 底层焊盘 实际焊盘大小 电
  • buck降压斩波电路

    文章目录 前言 1 斩波电路概述 2 Buck 降压斩波电路的理论计算 3 Buck 降压斩波电路的仿真 总结 前言 Buck 降压斩波器是实际使用数量最多的一类斩波电路 也是各大厂商开关电源芯片中种类最多一类 降压斩波电路的原理也相对易于
  • 48V转12V的DC-DC稳压电路推荐

    项目或学习过程中好用且稳定的DC DC的电路将是一个成功硬件项目的基础 主芯片 MP9486 MP9486A 是一款高压降压型开关稳压器 可输 出高达 1A 的持续电流至负载 它集成了一个高 压高端 MOSFET 提供 3 5A 的典型峰值
  • 基于信号完整性的PCB设计原则

    最小化单根信号线质量的一些PCB设计建议 1 使用受控阻抗线 2 理想情况下 所有信号都应该使用完整的电源或地平面作为其返回路径 关键信号则使用地平面作为返回路径 3 信号的返回参考面发生变化时 在尽可能接近信号换层孔的位置增加至少一个返回
  • 有效降低EMI干扰的PCB设计原则

    降低EMI干扰的一些PCB设计建议 1 通过在所有信号下提供低阻抗 连续的返回路径来减少地面反弹 尤其是在表层布线时 2 保持所有走线距离板的边缘至少5倍信号线宽 3 对于关键信号 尽量采用带状线布局 4 将高速率 大电流的组件尽可能远离I

随机推荐

  • 【H.264/AVC视频编解码技术详解】十九、熵编码(5):CABAC语法元素的二值化

    H 264 AVC视频编解码技术详解 视频教程已经在 CSDN学院 上线 视频中详述了H 264的背景 标准协议和实现 并通过一个实战工程的形式对H 264的标准进行解析和实现 欢迎观看 纸上得来终觉浅 绝知此事要躬行 只有自己按照标准文档
  • 更改bat文件图标_如何优雅地设置文件夹图标?收下我的小工具吧

    作者 富妈 在 Windows 系统 可以通过修改图标使文件夹更容易区分 可是如果需要美化的文件夹太多 一个个设置就显得很费力 而且移动文件夹或者重装系统后 图标也容易失效 这是一个很常见的问题 但网上相关的资料却比较少 很多小伙伴可能在搜
  • 关于电脑D盘(C盘等)出现管理员权限(影响删除,重命名),需要解除具体操作。

    管理员权限 影响新建文件 修改文件类型 内容 当安装软件时也带来诸多不便 对于某些语言输入器 编译器更是不友好 因为我们需要经常新建文件 修改文件 我就是在用VScode时发现的 D盘文件全都开启了管理员权限 研究一上午找到两种解决方案 第
  • Unity Camera 的跟踪,转动,缩放,代码教程 适合做角色的第一,第三人称视角

    Unity Camera 的跟踪 转动 缩放 代码教程 适合做角色的第一 第三人称视角 1 代码挂载到摄像机 camera上 Player是你要跟踪物体的位置 把你要跟踪的物体放上就行 2 源代码 using UnityEngine usi
  • python 3.6安装cPickle

    1 在python2 X中 需要安装cPickle 2 在python3 X中 这个包已被别的包替换 使用以下语句即可 import pickle as cPickle
  • string.IsNullOrEmpty()

    string IsNullOrEmpty 是一个判断字符串是否为空引用或者值为空的方法 string IsNullOrEmpty 返回值是boolen型 也就是true或者false
  • Bcrypt 加密算法研究与对比

    Bcrypt 加密算法研究与对比 一 什么是Bcrypt 二 Bcrypt如何加密与验证 一 encode方法加密 二 matches方法验证 三 如果使用彩虹表进行hash碰撞攻击会如何 四 比较 MD5加密算法的缺陷 相对于MD5 Bc
  • 循环语句和字符串拼接

    1 循环语句 循环语句就是让一部分代码重复执行 JavaScript中常用的循环语句有 for while do while 1 for循环 2 while循环 3 do while循环 2 字符串拼接 字符串之间使用 运算符 说明 数字和
  • 基于BERT Adapter的词汇增强型中文序列标注模型

    原创作者 疯狂的Max 论文Lexicon Enhanced Chinese Sequence Labelling Using BERT Adapter 解读 01 背景与动机 近年来 多项研究致力于将词汇信息融入中文预训练模型中以提升命名
  • lstm代码_ARIMA时间序列与LSTM神经网络的PK

    作者 李应硕 人大在读 授权转载 收藏順便 点个 赞 创作不易 前言 时间序列算是我接触的第一个统计学实践项目 也是它把我带进了机器学习的大门 当时的我的工作是根据过往投资和赎回量 每天预估一个需要留的钱 有点类似银行准备金 我本想自己写个
  • Vijava 学习笔记之CustomizationPassword

    CustomizationPassword类介绍 包含密码字符串和一个标志 指定字符串是否为纯文本或加密 Properties NAME TYPE DESCRIPTION plainText xsd boolean Flag to spec
  • c语言中ln,lg,log的表示

    c标准头文件math h中有两个与log有关的函数声明 double cdecl log double X double cdecl log10 double X 1 2 其中log代表ln 即loge log10顾名思义就是lg loge
  • Arduino 初识+项目

    目录 Arduino初识 电路的基本知识 基于此就可以做一些有趣的小玩意 第一个大坑 串口通信 项目 基于Arduino板控制小车 几大问题 1 控制电机转动 2 麦轮的安装 3 电路连接 4 使用PWM调速 5 优化小车行驶的平稳性 PI
  • aarch64交叉编译libturbojpeg

    0 目的 因项目上有使用jpeg turbo的需求 用的aarch64的平台 需要使用交叉编译工具来获取libturbojpeg so 1 libturbojpeg下载 libturbojpeg源码git地址 GitHub libjpeg
  • Hyperledger Fabric如何通过虚拟机部署以太坊智能合约

    EVM作为用户链代码安装到Fabric中 然后可以通过它部署智能合约 单个EVM链代码足以在通道上运行多个以太坊智能合约 链码不采用以太坊的共识方法 所有事务仍将遵循Fabric事务流中的执行 订单 验证步骤 确保在不同组织中的足够对等方安
  • 判断子序列

    给定字符串 s 和 t 判断 s 是否为 t 的子序列 leetcode链接 你可以认为 s 和 t 中仅包含英文小写字母 字符串 t 可能会很长 长度 500 000 而 s是个短字符串 长度 lt 100 字符串的一个子序列是原始字符串
  • 项目经理与技术经理的区别

    项目经理和技术经理有什么区别 区别有多大呢 这个问题此前我从没有认真的去思考过 直到被明确的问到的时候 才细思极恐 连两者的区别都没能有条理的讲出来 一 关于项目经理 在没有真正进入软件行业之前 对于系统集成方面的项目还是有些心得的 有种一
  • 编译Linux内核获取LLVM bitcode (LLVM IR)

    最近要获取linux内核的llvm bitcode 以便后续进行分析 例如获取callgraph等等 尝试了很多提取llvm bitcode的方法 用build bom wllvm 过程中也出现了很多错误 最后用wllvm终于成功了 记录下
  • Docker容器与虚拟化技术:Docker资源控制、数据管理

    目录 一 理论 1 资源控制 2 Docker数据管理 二 实验 1 Docker资源控制 2 Docker数据管理 三 问题 1 docker容器故障导致大量日志集满 造成磁盘空间满 2 当日志占满之后如何处理 四 总结 一 理论 1 资
  • 【模电】0014 运放自激振荡和消除(补偿)

    一般我们讨论的负反馈放大电路多关注其幅频特性 也就是它的增益 而对其相频特性关注的不多 这主要是因为 一个放大电路如果它工作状态是稳定的 其输入和输出相差一定的相位对分析它的特性并不影响 只是相当于信号延迟了一点时间 注意这里有个前提条件