运用相位裕度剖析扩大器安稳性的办法

2024-09-07 合作案例

相位裕度与增益裕度都是用于评价扩大器的安稳性的参数。其间，相位裕度运用更为遍及。本篇将介绍运用相位裕度剖析扩大器安稳性的办法。

如图2.109（b），相位裕度（Phase margin,φm）界说为在扩大器开环增益与频率曲线°的相移与开环增益下降为1(单位增益)处的相移之差的绝对值，如式2-68：

如图2.109（a），增益裕度（Am）界说为扩大器开环增益与频率曲线°的相移处的增益与扩大器开环增益下降为1处的增益之差的绝对值。

一般相位裕度、增益裕度越大，扩大器越安稳。可是扩大器安稳不是电路的仅有要求，尤其在高速扩大电路中还需求细心考虑体系响应速度进行折中评价，如表2.9。

从电路方面做剖析，输出信号经过反应网络β回到反相输入端。假如输出信号因为外部装备电路，发生相位推迟180°时，与本来的输入信号同相位、进行电压叠加增大差分输入信号引发振动。

示例一如图2.112，同相扩大电路的开环增益为120dB，闭环增益1/β为常数100倍（40dB）。开环增益、闭环增益与频率曲线。

环路增益Avoβ的起伏与频率曲线(b)，以dB为单位的开环增益与闭环增益之差。扩大器主极点fp前后20倍频规模发生90°的相移，如图2.113（c）。而在环路增益Avoβ为0的频率点fc处相移为90°，相位裕度为90°电路是安稳。

示例二如图2.114,在示例一电路基础上添加电容C1（10nf）与R1并联，电容C1与电阻R1在1/β曲线发生的零点的频率为：

如图2.115（a），开环增益坚持不变，在低频率规模内C1为断路，闭环增益的幅值是40dB。当频率高于16.076KHz时，电阻R1,电容C1并联的阻抗下降，闭环增益以+20dB/十倍频改动，在fc处开环增益与闭环增益相交。开环增益的相频特性曲线，在极点十倍频率今后相移为90°，如图2.115（b）。电路闭环增益的相频特性曲线°/十倍频改动，在fc频率处相移挨近90°，如图2.115（c）。开环增益相频曲线与闭环增益相频曲线之差为环路增益的相频曲线（d）。在fc处其相移挨近180°，相位裕度缺乏，电路不安稳。

3相位裕度与扩大器电路安稳性仿线（a）扩大器电路安稳性,一定要经过 AVO、1/β波特图，得到AVoβ的相位裕度进行判别。其间开环增益的剖析需求断开输出反应回路，并在反应的断开处接入一个鼓励信号VIN，如图2.116（b）。扩大器输出节点电压为VOUT，扩大器反相电压输入端为VFB。其间开环增益Avo如式2-72，与反应系数β如式2-73。

将式2-72、式2-73代入式2-71，得到环路增益曲线/β、AVoβ波特图仿真剖析电路

可是在仿真中止开扩大器的反应网络，将形成扩大器的作业反常。可行的仿线MH）连接到扩大器输出OUT节点与IN节点，鼓励信号经过电容C1（10MF）连接在IN节点。由此，在直流途径中，L1视为短路，为扩大器供给反应回路，C1视为断路；在沟通途径中，L1视为断路，C1视为短路引进鼓励信号完成测验。

示例一电路波特图AC剖析成果如图2.118，开环增益AVO（V(out)/V(fb)）幅频曲线Hz,超越低频极点开环增益以-20dB/十倍频率改动。开环增益AVO（V(out)/V(fb)）相频曲线°，频率超越低频极点十倍频今后，其相位变为90°。闭环网络为纯阻性网络，闭环增益曲线/β（V(in)/V(fb)）坚持为40dB，相位是0°。开环增益AVO曲线与闭环增益曲线8 示例一AVo、1/β、AVoβ波特图AC剖析成果

环路增益AVOβ相频特性曲线°，发生的相移为96.89°，相位裕度为83.11°，电路坚持安稳。

对示例一进行瞬态剖析，电路如图2.119。运用沟通鼓励源Vin是峰峰值为2mV，频率为50KHz的方波信号，经过沟通耦合进入扩大器同相输入端。

如图2.121,运用ADA4807-1完成示例二电路。运用电感L1连接到扩大器的输出OUT节点与IN节点，鼓励信号经过电容C1连接到IN节点。由此，在直流途径中，L1视为短路为扩大器供给反应途径，C1、C2断路。在沟通途径中，L1断路，C1短路引进鼓励信号,C2短路，改动电路的增益与相位。

示例二电路波特图AC剖析成果，如图2.122。开环增益的波特图与图2.118示例一状况相同。闭环增益1/β（V(in)/V(fb)）的幅频曲线，在低频率规模内坚持为40dB，频率上升到零点频率16.37KHz时增益为42.9dB，高于零点频率后幅频特性以+20dB/十倍频改动，并与开环增益幅频曲线KHz)。闭环增益曲线/β（V(in)/V(fb)）的相频特性曲线°，超越零点后以相位+45°/十倍频改动，频率为170.1KHz的相位挨近90°。