电压跟随器的稳定性问题

电压跟随器使运算放大器保持稳定,须注意哪些问题?

来自:http://www.360doc.com/content/15/1109/18/28794652_511948884.shtml

A:对于采用负反馈的放大电路,如何减少振荡以保持稳定,目前尚无定论。电压跟随器也不例外。

  运算放大器理想的运行状态是输出电压和输入电压为同相,即,当负输入端的印加电压引起输出增大时,运算放大器能够相应地使增加的电压降低。不过,运算放大器的输入端和输出端的相位总有差异。当输出和输出之间的相位相差180°时,负输入与正输入正好相同,原本应该减少的输出却得到了增强。(成为正反溃的状态。)如果在特定频段陷入这一状态,并且仍然保持原有振幅,那么该输出频率和振荡状态将一直持续下去。

FIg1. 电压跟随器和反馈环路

2. 输入输出端出现相位差的主要原因

  其原因大致可分为两种:

1,由于运算放大器固有的特性

2,由于运算放大器以外的反馈环路的特性

2.1. 运算放大器的特性

Fig2a Fig2b分别代表性地反映了运算放大器的电压增益频率特性和相位频率特性。数据手册中也有这两张曲线图。

  如图所示,运算放大器的电压增益和相位随频率变化。运算放大器的增益与反馈后的增益(使用电压跟随器时为0dB)之差,即为反馈环路绕行一周的增益(反馈增益)。如果反馈增益不足1(0dB),那么,即使相位变化180o,回到正反馈状态,负增益也将在电路中逐渐衰减,理论上不会引起震荡。

  反而言之,当相位变化180o后,如频率对应的环路增益为1倍,则将维持原有振幅;如频率对应的环路增益为大于1倍时,振幅将逐渐发散。在多数情况下,在振幅发散过程中,受最大输出电压等非线性要素的影响,振幅受到限制,将维持震荡状态。

  为此,当环路增益为0dB时的频率所对应的相位与180o之间的差是判断负反馈环路稳定性的重要因素,该参数称为相位裕度。(Fig2b.)

  如没有特别说明,单个放大器作为电压跟随器时,要保持足够相位裕度的。

  注:数据手册注明「建议使用6dB以上的增益」的放大器,不可用作电压跟随器。

2.2. 运算放大器周边电路对反馈环路的影响

  在实际应用中,构成电压跟随器并非象Fig1.那样简单地将输入端和输出端直接连接在一起。至少输出端是与某个负载连接在一起的。因此,必须考虑到该负载对放大器的影响。

  例如,如Fig3.所示,输出端和接地之间接电容时,这一容量与运算放大器的输出电阻构成的常数造成相位滞后。

(Fig2b.所示之状态可能变化为Fig2c所示之状态)这时,环路增益在输出电阻和C的作用下降低。同时,相位和增益之间不再有比例关系,相位滞后成为决定性因素,使反馈环路失去稳定,最糟糕时可能导致震荡。单纯地在输出端和接地之间连接电容,构成电压跟随器时,每种运算放大器之间的稳定性存在差异。

Fig4.为输入端需要保护电阻的运算放大器可能发生的问题。

  为解决Fig3.出现的问题,可采用Fig5.(a)(b)所示之方法。(a)图中插入R,消除因CL而产生的反馈环路相位滞后。(在高频区,R作为运算放大器的负荷取代了CL而显现出来。) (b)则用C1来消除CL造成的相位滞后。

  为解决Fig4.的问题,则可在输入保护电阻上并联一个尺寸适当的电容。一般被叫做输入电容取消值的近似值约为10pF100pF


FIg5.FIg3.解决方法

下面一个从问题和论友的回答:

R25的作用是消反射的,运放的56角理论上是电压相同的,且输入阻抗是无穷大!那么输入信号的电流主要是通过R28流入地,也就是输入点的电压在WK-in点形成,理论上不会有电流流入R25,如果没有R25那么信号就会100%反射到WK-in上,如果信号源的内阻非常的大,也就是带载的能力很差,反射的信号就会在R28的输入点附近形成很强的发射震荡也就是回音这样的噪声经过放大就会使输出信号质量很差,R25C12的接入可以把在5pin的反射信号有效地吸收,高频的反射信号通过C12泄放到地(AGNDR25把反射的信号阻隔在5pin的输入端。那么R25为什么是20K呢?这个可能是经验值,R25大了就会影响到5pin的信号强度毕竟运放不是理想的在说也同样会反射大量的信号,小了就像导线一样不能阻挡反射信号。通常会取到R282-3倍这个样子。R28R25R27的选取和运放的工作阻抗有关。

至于反馈的10K电阻没有必要要(他仅适合于运放内部输入有钳位保护的情况),他增加了他只会徒添直流意外,输出的100欧姆电阻他是隔离运放的容性负载的,因为他会输入进ADCADC内部有采样电容。


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