[转]运放正负端之间跨接电阻作用的分析


文章转自:http://www.cntronics.com/cp-art/80023865

     http://www.cntronics.com/cp-art/80023866

电压跟随器为什么要在同相输入端与输出端加上电阻R6,这样做有什么好处么?阻值多大怎么确定。谢谢。

 

 

有两个人是这样的回答的:
 
1、视频信号里有大量的高频信号成份,清晰度越高,信号的频率也越高,而运放是有频率带宽的,高频信号经过运放情况很复杂,再加上PCB走线的电感影响,很难用理想的模型进行分析,这个电阻应该是提升频率响应用的,一般在几百欧,甚至几十欧,要靠实验来确定的,K级应该作用很小,M级没意义的。
 
2、是扩展频率响和稳定应用的.
上面两个回答是对的。如果运放的带宽足够,可以不接的。
 
分析过程:
频率响应:

 

 其中,Ro为运放的输出电阻,RIN为运放的输入电阻,A为运放的增益。

 若电阻R6很小,(R6//RIN)=R6,再假设运放增益A很大,运放输出电阻RO很小,可进行化简,如下:

 

可见,这就是一个低通滤波器,而且其频率响应和R6无关。但是,我们得出这样的结论是做了一系列的假设,实际的运放,由于其非理想,随着频率的升高,增益A会下降。

 

 我们不妨假设A很小,利用(2)式,可得不加R6时,电路的带宽为:

 

 从上式看出,当A较小时,R6的加入确实有扩展带宽的作用,但R6的取值不能太大。当R6取得很大时,x=R0/R6趋近于0,BW2/BW1趋近于1,也就不能扩展带宽了。

 结论:当运放本身的带宽小于(3)式时,整个电路的带宽受运放的限制,这时,电路加入R6应比不加R6带宽要宽。当运放本身的带宽大于(3)式时,电路带宽由C11和R15决定。这种情况下,加入R6的意义不大。
 
这里将结合仿真结果来详细分析运放正负端之间跨接电阻作用。
图1(R6=1欧姆)

 

 图2(R6=1欧姆)

 

 从仿真结果来看R6的加入使得系统函数的极点少了两个,改善了系统的稳定性,在加入R6之前,系统的相位裕量为107度,幅度裕量为9dB,最大相移270度。而加入R6之后,相位裕量大于137度,而且最大相移降低到90度,这说明稳定性有了很大的改善。R6的加入实际上使得系统的3dB带宽降低了,由原来的5.8MHz降为3.4MHz。但在高频段在加入R6之前,幅度按60dB/10倍频程衰减,加入R6后,幅度按20dB/10倍频程衰减。在7.5MHz左右两个幅频曲线相交,此时幅频响应为-7.8dB。在交点右边,加入R6后电路的幅频响应曲线大于不加入R6的电路。

图3(R6=1欧姆)
图3表明,加入R6后,群时延从62.5nS降低到22.6nS。
仿真结果表明,加入R6后,电路稳定性得到提升,群时延减小,但3dB带宽降低了,当频率超过7.5MHz后加入R6后的电路幅频响应大于不加R6的电路。
 为什么加入R6会使系统的极点由3个变为1个呢,对此不解,因此将增益A用A(s)代替,将系统函数写为:不加入R6:

 

 从系统函数来看仍然不能得到结果,因为不知道A(s),Rin,Ro的值,无法得到R6的加入为什么能将原来的极点数减少两个。

 于是仿真了更宽的频带(如图4),发现在不加R6的情况下,系统在1THz附近还有两个零点,结合式(4)和式(5),可得出A(s)为二阶,不加R6时,系统传递函数为 (4) 式,有三个极点,两个零点,并且三个极点均分布在6.2MHz左右,而两个零点位于1THz附近,和低频段的极点相距甚远,所以在1THz以下,系统表现出3个极点的特性。加入R6后系统传递函数为(5)式,仍然有三个极点,两个零点,但三个极点和两个零点的位置均在3.5MHz左右,所以从幅频特性曲线上看,只看到一个极点的影响。R6的作用是将位于高频段的零点搬到低频段,使系统表现为只有一个极点,提升了系统的稳定性,减小了群时延,降低了在高频段的衰减量,但同时也降低了3dB带宽。
 令R6=150k,仿真得到图5,R6将两个零点从1THz附近搬移一1GHz附近,映证了前面的分析。加入R6后,在1GHz以下,系统表现为三个极点的特性,在1GHz以上由于两个零点开始发挥作用,表现为1个极点的特性。
图4(R6=1欧姆)

 

 图5(R6=150k)

 

 


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