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运放电路的稳定补偿_电容_暗记

admin 2025-01-23 16:02:03 0

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图一 基本积分电路

对图一(a)电路施加阶跃矩形脉冲,如韶光常数RC远大于输入脉宽,电容将缓慢充电,电容上电压以指数曲线上升,输出Uo与Ui近似成积分关系。
本色上它是一个低通滤波器,也是一个互换分压器,对高频成份来说,容抗Xc很少,高频成份衰减至极小。
无源积分电路受负载影响大,且阶跃相应曲线呈非线性,很难预算干系参数。
为得到线性充放电曲线,可利用运放的虚断特性,将电容作为运放反馈元件,构成图一(b)所示的有源积分器。
但实际运放都存在失落调电压、失落调电流及输入偏置电流,纵然输入Ui=0,这些等效旗子暗记也会被积分放大,使有源积分器的输出电压,不断地向一个方向变革,产生积分漂移征象,乃至发生积分饱和。
这一征象的实质是电容C对直流旗子暗记呈现险些无穷大的容抗,放大倍数Xc/R1也无穷大,运放处于开环放大状态。
为抑制积分漂移,常在电容两端并联一个电阻,如图二所示。

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图二 实用积分电路

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(图片来自网络侵删)

图二中的R3是积分电路的补偿电阻,相对储能元件C、L而言,电阻是个中性元件,对交、直流旗子暗记起同样浸染,R3的直流负反馈浸染,能有效抑制积分漂移和积分饱和。
但对R3的选择是有严格哀求的,首先,在旗子暗记频率浸染下,R3的阻抗要远大于电容的容抗Xc,此时反馈岔路支路阻抗Z=R3//Xc就近似即是Xc,可以忽略R3的存在;其次还要担保R3>>R1,以减小积分偏差。

图三 基本微分电路

图三(a)是基本无源微分电路,韶光常数RC远小于阶跃输入的矩形脉宽时,电阻两端输出正、负尖脉冲,分别对应矩形脉冲的上升沿和低落沿,是对矩形脉冲微分的结果。
本色上它是一个高通滤波器,低频和直流身分被容抗所阻挡,而前后沿处的高频分量通过电容后,在电阻上合成尖脉冲。
由于哀求韶光常数要小,电阻值比较小才能得到空想的微分关系,但电阻太小会影响输出幅度;同时无源微分电路受负载影响大,无法预估电路参数。
一样平常利用图三(b) 所示的有源微分电路,以战胜无源微分电路的缺陷。
微分电路本色是高通电路,从图三(b) 可以看岀,对付突变的输入Ui,突变处的高频分量, 电容相称于短路,容抗Xc=0,此时运放的互换增益R1/Xc为无穷大,有可能使运放饱和,并有可能使反馈电阻上的电压超出运放最大输出电压,有必要在R1两端并联补偿电容,以减小高频反馈阻抗,防止涌现过大的互换增益,并抑制高频滋扰旗子暗记,图四即为带补偿电容的微分电路。

图四 带补偿电容的微分电路

图四中的C1即为防止互换增益过大的补偿电容,此时反馈岔路支路的阻抗Zf=Xc1//R1,对C1的哀求是,在通过电容C的旗子暗记频率浸染下,只要使C1容抗Xc1远大于R1,就可以忽略C1的影响,进行微分打算时,只用R1打算也可以担保足够的精度。
为限定通过电容C的高频电流,进一步降落对高频分量和高频滋扰的敏感性,在旗子暗记源内阻比较小时,可在电容前面串联一个电阻,以限定流过电容C的高频电流。
同时,为防止可能涌现的过高电压,可在反馈岔路支路中再并联稳压二极管,以限定输出幅度,如图五所示。

图五 实用微分电路

图五中的R0即为电容C的高频限流电阻,在旗子暗记源内阻比较大时可不加,设计PCB时,可以预留R0位置,不须要时,用0阻值电阻短接;运放的反相输入端为虚地点,增加DZ1、DZ2可在正负两个方向限定瞬时过大的幅值。

运放实际利用时,在低频段常涌现输出过冲,在高频段常涌现振荡,以下作简要剖析与处理。
运放负反馈电路的实质是,通过反馈网络,使运放的正、反相输入端电位靠近相等,输入差分旗子暗记Ud靠近为零,运放线性放大Ud=Up-Un,即Uo=AolUd,避免了运放进入饱和输出状态。
个中的Aol为运放的开环放大倍数,它才是运放的实质属性参数,不会因外接反馈电路而改变 ,因此当负反馈回路存在延时环节时,会造成反相输入端电压Un的延迟和Ud变革的减慢,导致输出Uo涌现过冲,过冲的电压使负反馈超调,运放又反向调节,同样由于延时环节的浸染,涌现了反向的过冲,从而形成了衰减振荡,也便是常说的振铃征象。

图六 运放电容性负载的补偿

图六(a) 所示反比较例电路,后接等效电容为CL的容性负载。
由于电容两端电压不能突变,或者说电容会阻碍输出电压的变革,在运放输出电阻和CL共同浸染下,造成了反相端输入电压Un的延迟变革,从而引起振铃。
虽然电容上电压不能突变,但电流可以突变,电阻上的电压与电流同相,可以在负载电容前面加补偿电阻Rc,反馈电压从电阻前引出,就可补偿反馈电压的延迟变革,从而抑制振铃的产生。
图六(b)中的Rc即为抑制振铃的补偿电阻。

如运放反相输入端因PCB布线、敷铜而引入了分布电容,也会引起振铃,其肃清方法参考图七的解释。

图七 运放输入端电容的补偿

图七(a)中的Cn为反相端意外引入的等效电容,对输出旗子暗记Uo而言,Rf、Cn构成低通滤波器,造成了Un延迟变革,补偿办法是在Rf两端并联补偿电容Cf,如图七(b)所示。
对Uo来说,Cf、R1又构成了高通滤波器,Cf是加速电容,补偿了Un的滞后效应。
Cf的取值原则是CfRf=R1Cn,即Cf=R1/RfCn; 实际上,当测试创造振铃或振荡时,我们并不知道产生的详细缘故原由,因此在设计PCB样板时,一样平常要预留补偿电容Cf的位置,开始先不焊接,如发生振动,经初步剖析缘故原由后,从小到大考试测验添加皮法级电容,直至振铃、振荡消逝。

正由于运放对反相输入真个电容很敏感,在构建有源滤波器时,一样平常都基于同比较例电路进行拓展。
图8是常用的有源滤波器示例,供对照参考。

图八 有源低通滤波器

对付宽频带高速运放,高频旗子暗记增益仍旧比较大,当运放内部等效RC延迟电路,使输出发生-180度相移时,负反馈会变成正反馈,加在反相真个反馈旗子暗记越强、反馈系数越大,则越随意马虎发生高频振荡。
如适当增大闭环增益,减小反馈系数,就能有效抑制高频振荡;换句话说,增大反馈电阻Rf是可以抑制振荡发生的,而Rf=0时,即运放接成跟随器形式是比较随意马虎发生高频振荡的。
因此,当跟随器运用于高频电路时,最好采取单位增益稳定型运放,如OPA602、OPA842等。

当线路已经发生高频振荡时,可采取图七(b)描述之方法,试着在Rf两端并联皮法级小电容,以肃清振荡;对付通用型低速运放,一样平常不会发生高频振荡,由于旗子暗记中的高频身分会被衰减到险些为零,只需关注反相端和输出真个等效电容,以防引起振铃,肃清了振铃就可提高运放的输出精度。

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