“统一增益稳定”有什么特别之处?


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在运算放大器数据表如前所述,像一个。我会认为,由于振荡,稳定性较高时会出现问题。统一增益有什么问题?


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请注意,这是指同相噪声增益,不一定是信号增益。如果运算放大器是单位增益稳定的,则可以将其用于增益小于单位的反相放大器中,尽管有许多其他资料说。
endlith 2015年

Answers:


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稳定性不仅取决于增益,而且还取决于相位。如果反相放大器的相移为180°,则总相移为360°,并且满足Barkhausen振荡标准之一。

即使外部电路处于最佳状态,放大器的稳定能力也有所不同。为了评估特定放大器类型的稳定潜力,开环放大器的“增益与频率”和“相位与频率”都需要图形数据。如果相位响应在增益高于1的频率处显示!180E,则负反馈将变为正反馈,并且放大器实际上将保持振荡。即使相位滞后小于!180E并且没有持续的振荡,如果在所有频率下相位响应都不“充分小于” -180°,也会出现过冲和由外部噪声源触发振荡突发的可能性。增益高于单位。“足够少” 相位裕度。如果相位响应为-135°,则相位裕度为45°(“小于” -180°)。实际上,用于评估稳定电位的目标相位裕度还必须包括反馈电路的相位响应。当此组合相位裕度为45°或更大时,放大器非常稳定。45°数字是“经验法则”值,更大的相位裕度将提供更好的稳定性和更少的过冲。

通常,但并非总是如此,最低的相位裕度是在最高 频率下获得的增益大于1。因为总是存在一些与频率无关的延迟,这些延迟在较高频率下代表更多的度数。在单位开环增益的较高频率下具有45E相位裕度的放大器被称为“单位增益稳定”。可选地,可以以压摆率或高频噪声的某种牺牲来补偿大多数放大器类型的单位增益稳定性。如果认为稳定性是当务之急,则必须进行权衡。单位增益稳定意味着在最低的闭环增益下稳定运行,而稳定性通常最差。

(从这里开始

进一步阅读
为什么Unity反馈最难获得稳定性?


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通过向高增益放大器施加100%的反馈来实现单位增益。当开环增益大于1的任何频率处的相移等于或超过180度时,输入和输出之间就会发生相移,并且会发生振荡(实际上实际上总是在一定频率范围内)。

单位增益高反馈的情况大约是最难的一种,在这种情况下,要避免某些具有180度相移的频率(通常在响应范围的顶部)。

实际上,“仅小于180度”还不够好,因为接近振荡的放大器将在快速沿或具有较高频率分量的信号上“振铃”并产生不良的瞬态响应。因此,需要一定程度的“相位裕量”,以便使整个系统的相移在可能遇到的所有频率上都清楚地达到180度,以使放大器远离开始出现不良性能的区域。

有用的Jensen AN001-稳定运算放大器的一些技巧


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因此,基本上说“负反馈使放大器稳定”是不准确的概括。放大器在开环增益下最稳定,没有反馈路径(故意或寄生:理想情况)。负反馈稳定到淹没寄生正反馈的程度。我们使用负反馈不是为了稳定,而是要降低增益并获得更好的线性度和更好的输入和输出阻抗。为了在NFB最多的情况下获得尽可能低的收益,我们实际上可能会不稳定,并需要采取其他措施。
卡兹(Kaz)2012年

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负反馈使放大器稳定,而正反馈则使放大器失去稳定。

由于寄生电阻和电容,放大器不可避免地会充当低通滤波器。这意味着除了衰减之外,还存在相移。放大器的级数越多,相移的潜力就越大。

具有两级或更多级(即几乎所有运算放大器)的放大器的频率响应将包含多个中断频率。围绕每个中断频率,相移会增加。在第一个中断频率之后,大约有90度的相移,在第二个中断频率之后,大约有180度的相移(依此类推,但我们实际上只关心前两个)。

180度相移可将负反馈变成正反馈。那是个问题。如果此时反馈路径的“环路增益”等于或大于放大器将振荡的幅度。

因此,我们必须对放大器进行工程设计,以使反馈环路中的增益在达到第二个中断频率之前下降至小于一。OP-AMP制造商通过有意向其放大器添加电容(称为“补偿”)来降低第一个断点的频率,从而降低第二个断点的增益,从而实现了这一目的。当然,这会减小我们放大器的带宽。

但是反馈环路中的增益不仅取决于放大器,而且取决于反馈分频器。放大器的闭环增益越高,反馈环路的增益越低。同相单位增益放大器是最坏的情况,因为它将100%的输出反馈到输入。因此,低增益放大器比高增益放大器需要更大的补偿电容。

因此,高速运算放大器制造商为您提供了选择。有时,这是通过针对低增益和高增益应用使用不同型号的放大器来完成的。有时(例如,在AD8021上)通过在外部安装补偿电容器来实现。


这确实为上述良好答案提供了有用的信息。开环增益自然衰减的极点实际上是相位变化的原因之一。在某些情况下,在开环增益降到低于1之前,它可以达到180度。
tomnexus
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