大家在利用OP做設計時,有時會出現莫名其妙的震蕩,從而使設計變得很糟糕,這說明你設計的OP運放電路在不知不覺中滿足了震蕩條件AF=1,如果對該OP電路進行一些補償,則消除該震蕩,常用的OP電路補償是一個以RC網絡為基礎。
做低頻模擬信號處理的工程師最常用的一種模擬器件就是OP放大器,工程師可以用它實現信號放大,功率放大,濾波器的設計。
現在對OP電路電容的使用做一總結。
1、負載容性
做模擬信號處理時經常會用到去高頻干擾電容,具體電路如圖1所示
其實,該電路還有另一種名稱,主極點補償電路。這時,對OP放大器來說,電容C1作為負載,若負載阻抗和C1構成的極點位置和零頻靠的很近,該極點在電路中就處于主要地位。
在調試電路中,如果電容C1達到一定數值,它的極點會與運放的極點相互作用,引起系統的不穩定。當該電容選擇特別大時,它會完全損毀運放的帶寬,但另一方面,減低了系統噪聲和低頻增益。
2、反饋回路增加電容
在一些放大電路的PCB板子中,由于運放的封裝和一些分布電容的影響,會使OP電路的設計使用超前補償的方法使運放放大器處于穩定的工作狀態。超前補償電路如圖2所示,
其輸入輸出關系為
從上式中可以看出,在傳遞函數中增加了一個極點,通過設置C1的數值,使得OP放大電路的零極點處在合適的位置,使得OP電路變得更加穩定可靠。其實在低頻電路中該電容還具有穩定運放和減小噪聲的作用。
3、輸入端接電容
前面說的兩種電容的安放在輸出端和反饋回路中,這樣放置電容達到了一定的效果,但是改變了電路的環路增益,本著“一查到底”的目的,我找到一種電路,既可以使電路變得穩定,又不會降低OP電路的閉環增益,如圖3所示:
其傳遞函數為
其實利用虛短虛斷的做法,可以猜出上面的傳遞函數,但是對于RC電路還是有一點疑問,到底這個RC電路做什么呢?其實,該RC電路在
處引入一極點,使得轉折頻率減少了3dB,使環路增益在較低的頻率穿越0dB,但是,對于閉環增益來說,卻沒有任何影響(見式2)。
輸入RC電路引入的極點經零點補償后,相移得到補償,從而使OP運放的穩定性得到加強。
4、濾波器
濾波器是模擬電路中常用的一種信號處理電路,典型低通濾波器如圖4,
這與第2節中的電路一致,但為了說明濾波器功能,還是單獨拿了出來。其輸入輸出關系如式3
濾波器的設計和第二節的設計有一個明顯的區別就是電容C1選值要依據戒指頻率,而第二節中的電容選值需要考慮的是OP電路的零極分析。
5、電源濾波
通常在使用OP運放進行設計時,在VCC管腳進行濾波,常用的為10U和0.1U進行高低頻率的濾波,這種做法是比較好的。若獲得的電源中仍然會出現震蕩,那么采用更加小的電容0.01U的進行濾波,會取得比較好的效果。
對于OP電路中的電容應用,相信本文提及的只是冰山一角,借此機會拋磚引玉,希望大家能各抒己見,將OP電路中的電容應用更加清晰。
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