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运算放大器和反应电阻的动态特性剖析

在本系列文章的第一部分中,运算放大器从有限增益单极放大器近似为无限增益单极运算放大器,推导出跨阻放大器电路的增益,如图1所示。在本文的第二部分,我们将研究其后果。图1:一个看似简单的电路只有两

  在本系列文章的榜首部分中,运算放大器从有限增益单极放大器近似为无限增益单极运算放大器,推导出跨阻放大器电路的增益,如图1所示。在本文的第二部分,咱们将研讨其结果。

  图1:一个看似简略的电路只要两个器材:运算放大器反应电阻

  从榜首部分得知,推导增益即跨阻抗为:

  极点是:

  放大器增益使咱们有机会将操控理论使用于电路。这个比如将阐明操控理论在了解电路动态特性时的重要性和实用性。逐渐施行,而不是一股脑全堆进来,期望这样可以对操控技能及其使用方法有深化了解。

  极点对(二次)多项式一般表明为:

  放大器的谐振时间常数τn = 1/ωn = 1/(2 x π x fn)和阻尼ζ分别为:

  当ζ<1时,极点变为复数极点对,极角为:

  关于实极点,ζ > 1且φ = 0。

  关于稳定组(或包络)时延(最大平整包络推迟/MFED或贝塞尔)呼应,相位随频率线性减小,而且发生在φ = 30o的极角处。一切频率的时延都是相同的,坚持波形不变。然后:

  关于跨阻放大器MFED呼应:

  关于临界阻尼(没有过冲的最快阶跃呼应),ζ = 1且τT = 4 x τi或fT = fi/4。两个极点都是fi/2。

  跟着RR变大、fi减小,放大器在vix中显现出更大的过冲。在某种程度上,这关于Z-meter是有利的,由于极角φ = 45°,阻尼ζ = cos(φ) = cos(45o) ≈ 0.707,而且频率(或起伏)呼应是稳定或平整的,挨近带宽频率。这便是最大平整起伏(MFA)频率呼应。关于稳态(频域)使用,MFA呼应是最佳的。关于具有抱负阶跃呼应的瞬态(时域)使用,MFED呼应是最佳的。(在示波器笔直放大器的规划中,优化两种呼应的标准是抵触的。)

  运放速度和放大器稳定性

  慢运放具有低fT且τT >> τi,导致两个实极点离得比较远。在极限值:

  这是原点和fi处的极点。fT有必要满足小以坚持fT << fi。但是,跟着fT减小,环路增益削减,或许不足以坚持容许的运算放大器增益差错。在这种状况下,精度需求必定的速度。

  跟着运放fT的添加,Zm的阻尼减小,稳定性下降。关于给定的ς和fi:

  若fT = 1MHz且G0 = 105,则fG = 10Hz,而且临界阻尼回路(ζ = 1)的fi = 40Hz。假定Ci = 10pF,那么RR = 398MΩ,这样关于任何较小的值都可以坚持fi > 40Hz。

  图2显现了闭环极点跟着fT(更快的运放)的添加而移动的状况。在原点和fi(–1/τi)处的别离极点在fi/2(此刻π = 1)处集合在一起,然后变为复数极点对。跟着fT添加,极角添加而且ζ减小。放大器变得不稳定,呼应愈加振动。

  图2:闭环极点跟着fT的添加而移动。

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