放大器電路設(shè)計(jì)

1、負(fù)反饋放大器電路學(xué)習(xí)心得反饋深度虛短的條件因此虛短不成立，此時(shí)的放大器類似于比較器。 從輸入輸出波形可以知道，放大器同相端的電位和反相端不相同，輸出（藍(lán)色）變?yōu)榉讲?。如圖 1 所示的反相（左）和同相（右）電路中，反饋深度的表達(dá)式為|&ZfZs Zf1放大器同相與反相接法lAOpenl? 1是虛短成立的必要條件。所以如圖 2 的電路中,由于F 二RsRs Rf圖ZfZfZLZLV1V1XSC1圖2“虛短”成立條件測(cè)試零點(diǎn)與極點(diǎn)一感性認(rèn)識(shí)問(wèn)題的提出電路中經(jīng)常要對(duì)零極點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，想問(wèn)，零點(diǎn)是由于前饋產(chǎn)生的嗎？它產(chǎn)生后會(huì)對(duì)電路造成什么樣的影響？是說(shuō)如果在該頻率下，信號(hào)通過(guò)這兩條之路后可以互相抵

2、消還是什么？極點(diǎn)又是怎么產(chǎn)生的呢？是由于反饋嗎？那極點(diǎn)對(duì)電路的影響又是什么？產(chǎn)生振蕩還是什 么？對(duì)于零點(diǎn)，個(gè)人認(rèn)為零點(diǎn)的產(chǎn)生是與前饋有關(guān)，前饋路徑與主信號(hào)通路的疊加以及相消產(chǎn)生了零點(diǎn)，當(dāng)疊加時(shí)產(chǎn)生左半平面零點(diǎn)有助于穩(wěn)定性，當(dāng)相消時(shí)產(chǎn)生右半平面零點(diǎn)，這對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性很不利， 因此要抵消它。并不是所有的前饋都會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)，要看它前饋入徑是否有并聯(lián)的電阻。跟隨器的反饋深度最大任何放大電路都是反饋量越大,越容易發(fā)生振蕩。而且，輸出有電容連接時(shí)，振蕩的可能性還會(huì)增加。 跟隨器的反饋深度最大，為全反饋，此時(shí)F 1，輸出全部反饋到輸入端。圖3反饋深度最大的跟隨器電路零點(diǎn)的產(chǎn)生零點(diǎn)可以由兩條環(huán)路產(chǎn)生，原理是兩條

3、環(huán)路的滯后不同時(shí)，就形成了相對(duì)的前饋。也 可以由電阻串電容產(chǎn)生，其實(shí)說(shuō)到底都是相位超前的原因。 零點(diǎn)在 CMOS 中往往是由于信 號(hào)通路上的電容產(chǎn)生的，即信號(hào)到地的阻抗為0，在密勒補(bǔ)償中，不只是將主極點(diǎn)向里推，將次極點(diǎn)向外推（增大了電容） ，同時(shí)還產(chǎn)生了一個(gè)零點(diǎn)（與第三極點(diǎn)頻率接近） 。極點(diǎn)的產(chǎn)生與影響極點(diǎn)又是怎么產(chǎn)生的呢？是由于反饋嗎？那極點(diǎn)對(duì)電路的影響又是什么？產(chǎn)生振蕩還 是什么？極點(diǎn)決定的是系統(tǒng)的自然響應(yīng)頻率， 通常在電路中就是對(duì)地電容所看進(jìn)去的 R 和對(duì)地電 容 C 共同決定的。極點(diǎn)的產(chǎn)生就是由于引入電容與電阻的并聯(lián)，產(chǎn)生極點(diǎn)的頻率就是1/RC。這個(gè)與反饋無(wú)關(guān)，雖然反饋可以產(chǎn)生極點(diǎn)，但

4、是，并不是所有的極點(diǎn)都是反饋產(chǎn)生的。極點(diǎn)從波特圖上看兩個(gè)作用：延時(shí)和降低增益，在反饋系統(tǒng)中作用就是降低反饋信號(hào) 幅度以及反饋回去的時(shí)間， 所以如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)存在對(duì)地電容， 必然會(huì)對(duì)電容充電， 同時(shí)電容 和前級(jí)輸出電阻還存在分壓，所以這個(gè)電容會(huì)產(chǎn)生極點(diǎn)！極點(diǎn)對(duì)0P 放大器的增益是以20db/dec 減小，相移是增加 90 度。環(huán)路是否震蕩，直接原因是環(huán)路的相位裕度是否 0。大于則系統(tǒng)穩(wěn)定，小于0則系統(tǒng)震 蕩。極點(diǎn)和環(huán)路沒(méi)有關(guān)系， 極點(diǎn)只是一個(gè)相位滯后， 至于經(jīng)常和環(huán)路被一起提到， 是因?yàn)闃O 點(diǎn)對(duì)環(huán)路的穩(wěn)定性有決定性的影響。其他人的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)上來(lái)講，放大器電路中高阻抗的節(jié)點(diǎn)都要注意，這點(diǎn)上即使電容很小

5、，都會(huì)產(chǎn)生自激振蕩的來(lái)源與抑制自激振蕩的根本原因在于放大器存在附加相移。在低頻時(shí)，附加相移主要決定于輸入電 容、輸出電容及發(fā)射極旁路電容；高頻時(shí)，主要決定于極間電容和接線分布電容。消除自激的指導(dǎo)思想是：希望極點(diǎn)數(shù)少些，極點(diǎn)頻率拉開(kāi)些，-20dB/dec 段長(zhǎng)些。一個(gè)無(wú)法忽略的極點(diǎn)。 零點(diǎn)一般就不那么直觀了，會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)，但這不能解釋所有的零點(diǎn)。極點(diǎn)是由于結(jié)點(diǎn)和地之間有寄生電容造成的，成的， 一般輸入和輸出之間的零極點(diǎn)考慮多一點(diǎn)， 了極點(diǎn)偏向原點(diǎn)。一般的說(shuō)，零點(diǎn)用于增強(qiáng)增益（幅度及相位）中零點(diǎn)極點(diǎn)一般是電容倒數(shù)的函數(shù)（如 向變化，造成增益減少加快（幅度及相位）通常如果兩路 out of phase

6、 的信號(hào)相交就零點(diǎn)是由于輸入和輸出之間有寄生電容造 主要是因?yàn)檩斎胼敵鲇休^大的電阻， 造成一般運(yùn)放電路的米勒效應(yīng)電容就是這個(gè)原理， 極點(diǎn)都還沒(méi)對(duì)系統(tǒng)增益起到啥作用（或作用很小，忽略了） 據(jù)自己的需要補(bǔ)上帶寬，多少多大的裕度就KO 了。，極點(diǎn)用于減少增益（幅度及相位） ，電路1/C）。當(dāng) C 變大時(shí)，比如對(duì)極點(diǎn)來(lái)說(shuō)，會(huì)向原點(diǎn)方當(dāng)增益迅速下降倒 3dB 時(shí)，其他的零點(diǎn)，電路就算 OK 了你就可以根放大器自激的判斷從AF的波特圖查看：當(dāng)相移180時(shí)，若|A&| 1(即20lg |A&| 0)，則電路不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生自激，如圖5(a)所示。|A&| 1時(shí)起振，振蕩穩(wěn)定后|A&am

7、p;| 1。當(dāng)相移180時(shí)，若|A&| 1(即20lg |A&| 0)，則電路穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生自激，如圖 5(b)所示。當(dāng)然，還要考慮裕度。圖5負(fù)反饋放大器幅頻特性和相頻特性曲線用示波器或電平表檢測(cè)：將寬頻（或選頻）電平表或示波器接于放大器的輸出端，觀察放 大器無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，其輸出是否有信號(hào)。用自制振蕩表頭檢查：表頭的制造如圖 6 所示，C1 的取值由被測(cè)放大器的上限工作頻 率而定：上限工作頻率為 10MHz 左右時(shí)，選 1020pF 為宜；上限工作頻率小于10MHz 時(shí),選 2030pF 為宜；當(dāng)上限工作頻率高于10MHz 時(shí)，選 510pF。圖6自制振蕩表頭原理圖用“表頭”檢

8、查放大器穩(wěn)定與否的方法：使“表頭”的探針觸碰放大器的某處（如輸出級(jí)的集電極 C）,同時(shí)人為地刺激放大器的另一處（如第一級(jí)的基極 b ）使放大器起振；然后去 除刺激，觀察電流表的指示是否自動(dòng)回零。如指示為零，則放大器是穩(wěn)定的，若指示不為零，則放大器不穩(wěn)定。放大器自激振蕩的抑制方法低頻振蕩是由于各級(jí)放大電路共用一個(gè)存在較大內(nèi)阻的直流電源引起的，消除方法是在放大電路各級(jí)之間加上“退耦電路”。這種正反饋的形成原因：如圖7 所示，若直流電源V1 存在著較大的內(nèi)阻 rO,當(dāng) Q1 的輸入信號(hào)瞬時(shí)極性為正時(shí)，各級(jí)輸入電壓極性如圖中標(biāo) 記所示。I和 G 是相同的，它們流過(guò) rO 時(shí)就會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)極性為上負(fù)下正的

9、交流壓降，該壓降通過(guò) R1、C1 及 Q2 的輸入電阻反饋到第二級(jí)的輸入端，顯然此反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同 相，故形成了寄生正反饋。高頻振蕩主要是由于安裝及布線不合理引起的. 對(duì)此應(yīng)從工藝方面著手，如元件布置緊 湊、接線要短等；也可以在電路的合適部位找到抑制振蕩的最靈敏點(diǎn)，在此處外接合適的電阻電容或單一電容，進(jìn)行高頻濾波。消除的方法是在放大器中加入高頻旁路電容，或加高頻相校正網(wǎng)絡(luò)， 要求電容的數(shù)值比R2c23RrO7V1C12TRQ較小。以形成高頻旁路或高頻負(fù)反饋，對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行相移，從而破壞自激振蕩的條件。低頻自激的抑制方法低頻振蕩是由于各級(jí)放大電路共用一個(gè)直流電源引起的消除方法是在放大電路各級(jí)

10、之間加上“退耦電路”，使前后級(jí)之間的影響減小。如圖8 所示，R3 一般為幾百歐，C1 選幾十微法或更大。AR3退藕電容IC1RiGNDC2-II-卜GNDGNDGNDR5Q2退藕電阻R2圖8退藕電路高頻校正方法一：利用電容元件這是一種主極點(diǎn)校正的方法，這是一種采用米勒電容進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，如圖9 所示。在極點(diǎn)頻率最低的一級(jí)接入校正電容 C,使主極點(diǎn)頻率降低，-20dB/dec 段拉長(zhǎng)，盡量獲得 單極點(diǎn)結(jié)構(gòu)，以破壞幅度條件，使電路穩(wěn)定。此補(bǔ)償電容 C 的引入能使放大器的幅頻特性20lg|A&| f中的最小轉(zhuǎn)折頻率變得更小，這樣，幅頻特性高頻段下降得更快，如圖10 中特性 C 所示。圖10引

11、入補(bǔ)償元件后幅頻特性的變化情況高頻校正方法二：利用 R、C 組成寬帶補(bǔ)償也叫 RC 校正（極點(diǎn)一零點(diǎn)校正），用 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)代替電容 C,這一方面使原來(lái)的主極 點(diǎn)降低，另一方面引入了一個(gè)新的零點(diǎn)，此零點(diǎn)與原來(lái)第二個(gè)極點(diǎn)抵消，使極點(diǎn)數(shù)減少，而且極點(diǎn)也拉開(kāi)了。如圖 10 中特性 RC 所示，這種補(bǔ)償可獲得較寬的通頻帶。其電路如圖11所示。圖9放大器引入電容補(bǔ)償元件消除高頻自激圖11采用RC元件消除高頻自激高頻校正方法三：反饋電容校正實(shí)際上，這里采用的是米勒補(bǔ)償方法，如圖12 所示。如果將電容 C 并聯(lián)在相應(yīng)放大電路中管子的 b-c 極之間，形成該級(jí)的電壓并聯(lián)負(fù)反饋，這種校正方法可用較小的電容達(dá)到消 振目的。這實(shí)際上是以附加高頻負(fù)反饋來(lái)降低集成運(yùn)放在高頻段的增益，以使附加相移雖達(dá)180。而變成正反饋時(shí)，其回路增益被降至小于1。這樣，即使放大器在諧波干擾下出現(xiàn)正反饋振蕩，因回路增益過(guò)小，振蕩無(wú)法維持，電路也就穩(wěn)定了。圖12反饋電容消除高頻自激高頻校正方法四：利用反饋電容 C 進(jìn)行超前補(bǔ)