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反向衰减器,G=-0.1……会不稳定吗?

2020-04-07 Bruce Trump 资深模拟工程师 阅读:
单位增益稳定的运放在增益大于等于1的情况下是稳定的,增益更小的时候还正确吗?怎么办?

单位增益稳定的运放在增益大于等于1的情况下是稳定的,增益更小的时候还正确吗?怎么办?zPAednc

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这个问题在论坛上隔段时间就出现。好吧,来个简洁的答案:反向衰减器稳定。你想知道为什么吗?关于这个问题有很多方法来看,快速阅读以下内容也许能让您对运放稳定性有更清楚的认识。zPAednc

思考这个问题:如果G=-0.1时不稳定,那更低增益则情况更糟,是这样吗?我们来画一个单位增益放大器,反馈电阻为1Ω,如figure 2。然后假设可能的电路板泄露形成一个输入电阻,R1=10GΩ。这个杂散“输入信号”被很低的增益反向放大。这个电路不稳定吗?当然稳定。这个只是一个无实际输入的单位增益的缓冲器。它是稳定的。zPAednc

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运放的稳定性和输出信号反馈了多少到反向输入端有关系。稳定性方面的专家称之为反馈因子β。单位增益时,全部输出信号反馈到反向输入端,所以β为1。Figure 2例子中本质上一样,几乎把所有的输出信号反馈到反向输入端。zPAednc

Figure 3a中是一个反向放大器,3b中是一个正向放大器。两个电路是一样的,只是输入信号加在了不同的节点上。两个电路反馈了同样多的输出信号到反向输入端,所以他们的稳定性一样,β值相同。zPAednc

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有些运放专家使用术语“噪声增益”,这么命名是因为运放的输出电压噪声以此系数放大。这只是量化反馈的另一种方式。一个运放电路容易振荡或不稳定是内部噪声通过放大并反馈到反向输入端而引起的。Figure 3a中的反向放大器,噪声增益β和figure 3b相同,所以和它的堂兄figure 3b有着相同的稳定性,即使输入信号增益不同。zPAednc

电路的噪声增益能小于1吗?β能大于1吗?当反馈回路上加入增益,有可能出现噪声增益小于1,β大于1的情况(即反馈回路上有把反馈信号放大的环节)。大反馈环路下的多个放大器,例如控制系统,将会遇到这个问题。这个问题也会出现在三极管(共集电极或共源极接法)在反馈环路里的情况。这些电路会有复杂的稳定性问题。zPAednc

当然,在反向衰减器中有其他可能导致不稳定或振荡的原因。容性负载,过高的阻值或反向输入端过多的电容都会引起不稳定,但这些不稳定和最基本的反向衰减电路并无关。关于反向衰减器“风险”的错误想法还会持续。请放轻松,使用TINA-TI或者其他SPICE仿真工具来仿真、验证其稳定性。如果有疑问,可以到论坛上与专家交流。zPAednc

查看更多请点击:《看一个TI老工程师如何驯服精密放大器zPAednc

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