運放電路振鈴產(chǎn)生的原因
振鈴是怎么產(chǎn)生的,知道了這點我們就知道采取什么措施來避免運放電路的振鈴的產(chǎn)生。先來看一個運算放大電路的例子,如下圖所示:為一個同相比例放大電路,信號源頻率為10K,幅值1V的方波。運放采用雙電源供電。
上圖所示的參數(shù)下,其輸出波形如下圖所示,輸出波形還算理想,幅值為2V,符合設(shè)計所想。但是你要明白仿真軟件的仿真結(jié)論實在器件理想化的情況下建立的,所以此處的運放也是理想運放,不存在寄生電感電容電阻等,所以仿真結(jié)果趨于理想化。
當器件焊接到PCB板上以后,PCB板的各種寄生參數(shù)都會影響運放的外圍參數(shù),同時現(xiàn)實中使用的運放也不是理想化的,這連兩個因素使運放往往不以我們所期待的方式運行。本文講的運放電路的振鈴,就是從PCB板的寄生參數(shù)出發(fā)去分析它產(chǎn)生的原因。
運放振鈴產(chǎn)的原因就是由于反向輸入端的寄生電容與反饋電阻構(gòu)成了一個低通濾波器,大家知道低通濾波器會導致相位滯后。而運算放大器呢,它不知道人們把它接成了什么樣子,它只知道同相端與反相端的電壓差值放大無窮大倍,然而放大倍數(shù)又不可能無窮大,這就得益于輸出端的反饋回路。
當輸出電壓過大時,反饋到反相端的電壓也會變大,進而輸出端電壓減小,當輸出端電壓過小時,反饋到反相端的電壓就變小,進而使輸出端的電壓增大,這樣的一個過程如此往復形成一個動態(tài)平衡,保持輸出端電壓穩(wěn)定。
但是當反饋回路出現(xiàn)了延遲,會出現(xiàn)什么情況呢?那就是輸出端的電壓已經(jīng)到達預定電壓值了,可是由于反饋回路上的延遲,運放認為輸出端的電壓還沒增加到達預定電壓,還在繼續(xù)增大輸出電壓,當運放反應(yīng)過來之后又發(fā)現(xiàn)輸出電壓過大,又開始減小輸出電壓,當輸出端的電壓已經(jīng)減小到達預定電壓值了;
同樣由于延遲的存在,運放認為輸出端的電壓還沒減小到預定電壓,當運放反應(yīng)過來時輸出電壓又低于預定電壓了,然后又開始增大輸出電壓..循環(huán)往復,這就產(chǎn)生了振鈴。這一節(jié)我們講了振鈴產(chǎn)生的原因,下一節(jié)我們就來看看振鈴到底是什么樣的。
振鈴
上面我們說了振鈴產(chǎn)生的原因,下面我們就人為制造一個振鈴產(chǎn)生的條件:在反向輸入端并一個電容到地,讓其與反饋電阻構(gòu)成一個低通濾波器的延遲環(huán)節(jié)。如下圖所示:紅色圈住的部分為人為加入的反相端寄生電容10nF,其他參數(shù)不變。
參數(shù)設(shè)置完畢,我們來看下輸出波形,如下圖所示:
產(chǎn)生振鈴的其他原因
上面我們說到了產(chǎn)生振鈴的原因是反相輸入端的寄生電容,除了這個原因還有其他什么原因會導致振鈴的產(chǎn)生呢?
1、當你在使用示波器測量波形的時候,由于示波器探頭也存在寄生電容,這個電容與運放的輸出電阻也構(gòu)成了低通濾波的延遲環(huán)節(jié),同樣的也會造成振鈴現(xiàn)象,我們來看圖:
來看看這種情況下的輸出波形,不出意外的,也出現(xiàn)了振鈴:
怎么解決示波器探頭的寄生電容的問題呢?一個方法,在是示波器探頭上串一個電阻,破壞掉低通濾波器的形成環(huán)境,因為是示波器的探頭阻抗很大,串一個電阻進去,對測量結(jié)果基本沒影響,好了不多說,上圖:
再來看看輸出波形,振鈴現(xiàn)象是不是明顯改善了呀,想要盡量改善振鈴甚至避免振鈴現(xiàn)象就要合理的設(shè)置參數(shù),這里就不一點一點修改參數(shù)了,只指明一個方向,具體電路具體分析。
2、運放本身的容性負載,也會導致振鈴的產(chǎn)生,其具體解決方法同1。
PCB板上運放的反相輸入端不要覆銅
為什么呢? 就是我們前面說的,反相輸入端如果覆銅的話會導致反相輸入端存在寄生電容,這也是振鈴產(chǎn)生的重要原因。而同相輸入端則可以覆銅,因為同相端即使存在延遲也不會導致振鈴產(chǎn)生。
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