運放電路何時不穩定?
除直接測量每個電路的相位裕量來判斷其是否穩定。另外有一種更加簡單的辦法可以判斷,并且這種方法會告訴我們更多的信息。
這種方法被稱為閉合速率分析法,使用這個方法時,我們只需要考察Aol與1/β。
由于傳遞函數中的零極點曲線會有很規律的斜率,通過分析Aol與1/β相交的速率,我們可以快速的判定電路是否穩定,我們的法則為閉合速率為20dB才滿足穩定的要求。
在之前的電路中,其運放反相輸入端接入了一個電容,我們使用同一個電路來進行分析。電容造成了1/β的一個零點,使得1/β曲線的速率為+20dB/dec。Aol曲線在運放的主極點后以-20dB/dec的速率降低。
當兩者在fc處相交,閉合速率等于Aol的速率與1/β速率之差,得出40dB的結果,因為結果大于20dB所以得出結論電路是不穩定的。
與之前采用相位裕量分析的結果一致,除了快速得出結論,閉合速率還能揭示出導致電路不穩定的因素。
在電路中,Aol的斜率表示的運放主極點的效果,正如我們所期望的一樣,然后對于1/β曲線+20意味著反饋網絡中形成了一個零點,所以我們可以采取措施去補償它,而直接得到相位裕量的分析方法,卻不能得到類似的結論。
閉合速率的方法之所以奏效,是因為Aol與1/β分別與電路中的極點與零點相對應,20dB的閉合速率,意味著電路只受到一個極點的影響,對應的相位裕量為45°,符合穩定的判斷。
我們也可以用這個方法,分析同相放大器的穩定性。在這個電路中1/β是平坦的,沒有像之前例子中的零點,Aol仍然是以-20dB/dec下降,閉合速率是-20dB,因此結論為電路是穩定的。
如之前所述,閉合速率與相位裕度是互相關聯的。這里給出了三個例子,說明不同的閉合速率和它們所對應的相位裕度。
在第一個例子中,閉合速率為20dB,電路是穩定的,相位裕量在45°到90°之間,這是最佳的電路設計;
在第二個例子中1/β曲線在fc處有一個零點,在fc處閉合速率開始改變,并且將在20與40之間,這個例子符合45°相位裕量。要注意零點會導致最大90°的相移,在零點處為45°相移,因而Aolβ的整體相移構成為Aol主極點處90°相移,fc處45°相移,還有45°的相位裕量;
在第三個例子中1/β曲線在fc之前有一個零點,閉合速率為40dB/dec,相位裕量對應為0到45°之間,它意味著一個不穩定的電路。
原文標題:運放電路何時不穩定?閉合速率分析法!
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