[轉]運放正負端之間跨接電阻作用的分析


文章轉自:http://www.cntronics.com/cp-art/80023865

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

電壓跟隨器為什么要在同相輸入端與輸出端加上電阻R6,這樣做有什么好處么?阻值多大怎么確定。謝謝。

 

 

有兩個人是這樣的回答的:
 
1、視頻信號里有大量的高頻信號成份,清晰度越高,信號的頻率也越高,而運放是有頻率帶寬的,高頻信號經過運放情況很復雜,再加上PCB走線的電感影響,很難用理想的模型進行分析,這個電阻應該是提升頻率響應用的,一般在幾百歐,甚至幾十歐,要靠實驗來確定的,K級應該作用很小,M級沒意義的。
 
2、是擴展頻率響和穩定應用的.
上面兩個回答是對的。如果運放的帶寬足夠,可以不接的。
 
分析過程:
頻率響應:

 

 其中,Ro為運放的輸出電阻,RIN為運放的輸入電阻,A為運放的增益。

 若電阻R6很小,(R6//RIN)=R6,再假設運放增益A很大,運放輸出電阻RO很小,可進行化簡,如下:

 

可見,這就是一個低通濾波器,而且其頻率響應和R6無關。但是,我們得出這樣的結論是做了一系列的假設,實際的運放,由於其非理想,隨着頻率的升高,增益A會下降。

 

 我們不妨假設A很小,利用(2)式,可得不加R6時,電路的帶寬為:

 

 從上式看出,當A較小時,R6的加入確實有擴展帶寬的作用,但R6的取值不能太大。當R6取得很大時,x=R0/R6趨近於0,BW2/BW1趨近於1,也就不能擴展帶寬了。

 結論:當運放本身的帶寬小於(3)式時,整個電路的帶寬受運放的限制,這時,電路加入R6應比不加R6帶寬要寬。當運放本身的帶寬大於(3)式時,電路帶寬由C11和R15決定。這種情況下,加入R6的意義不大。
 
這里將結合仿真結果來詳細分析運放正負端之間跨接電阻作用。
圖1(R6=1歐姆)

 

 圖2(R6=1歐姆)

 

 從仿真結果來看R6的加入使得系統函數的極點少了兩個,改善了系統的穩定性,在加入R6之前,系統的相位裕量為107度,幅度裕量為9dB,最大相移270度。而加入R6之后,相位裕量大於137度,而且最大相移降低到90度,這說明穩定性有了很大的改善。R6的加入實際上使得系統的3dB帶寬降低了,由原來的5.8MHz降為3.4MHz。但在高頻段在加入R6之前,幅度按60dB/10倍頻程衰減,加入R6后,幅度按20dB/10倍頻程衰減。在7.5MHz左右兩個幅頻曲線相交,此時幅頻響應為-7.8dB。在交點右邊,加入R6后電路的幅頻響應曲線大於不加入R6的電路。

圖3(R6=1歐姆)
圖3表明,加入R6后,群時延從62.5nS降低到22.6nS。
仿真結果表明,加入R6后,電路穩定性得到提升,群時延減小,但3dB帶寬降低了,當頻率超過7.5MHz后加入R6后的電路幅頻響應大於不加R6的電路。
 為什么加入R6會使系統的極點由3個變為1個呢,對此不解,因此將增益A用A(s)代替,將系統函數寫為:不加入R6:

 

 從系統函數來看仍然不能得到結果,因為不知道A(s),Rin,Ro的值,無法得到R6的加入為什么能將原來的極點數減少兩個。

 於是仿真了更寬的頻帶(如圖4),發現在不加R6的情況下,系統在1THz附近還有兩個零點,結合式(4)和式(5),可得出A(s)為二階,不加R6時,系統傳遞函數為 (4) 式,有三個極點,兩個零點,並且三個極點均分布在6.2MHz左右,而兩個零點位於1THz附近,和低頻段的極點相距甚遠,所以在1THz以下,系統表現出3個極點的特性。加入R6后系統傳遞函數為(5)式,仍然有三個極點,兩個零點,但三個極點和兩個零點的位置均在3.5MHz左右,所以從幅頻特性曲線上看,只看到一個極點的影響。R6的作用是將位於高頻段的零點搬到低頻段,使系統表現為只有一個極點,提升了系統的穩定性,減小了群時延,降低了在高頻段的衰減量,但同時也降低了3dB帶寬。
 令R6=150k,仿真得到圖5,R6將兩個零點從1THz附近搬移一1GHz附近,映證了前面的分析。加入R6后,在1GHz以下,系統表現為三個極點的特性,在1GHz以上由於兩個零點開始發揮作用,表現為1個極點的特性。
圖4(R6=1歐姆)

 

 圖5(R6=150k)

 

 


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