1 稳定性的时域体现
下图的放大器构成的跟随电路且反向输入端有一个电容,电路工作过程如下:输入Vin从0开始增大,Vout也开始上升,Vout通过R给C充电,Vfb点电压随着电容的充电增加,Vfb就相对与Vout存在时延,当Vout = Vin时,Vfb < Vin,那么Vout大于Vin后会继续增大,增大到Vfb=Vin时,Vout开始下降,当Vout下降到Vin时,Vfb >Vin,所以Vout还会继续降低,这个过程就会重复下去,Vout就产生了振荡。
图:放大器的振荡现象
2 环路概念
Acl= Aol / (1 + Aol*β)从中可以看出环路增益Aol*β=-1 的时候不稳定,此时环路相移180°,反馈与输入反相。当Aol→无穷大时,Acl = 1 / β , 注意β= Vfb / Vout 。20log(Aol*β) = 20log(Aol) - 20log(1 / β) 所以也可以通过Aol和1 / β来分析Aol*β。
图:环路的定义
3 相位裕量phase margin与增益裕量gain margin
相位裕量为增益为0dB时的相移距离180°时的大小。增益裕量为相移180°时的增益距离0dB的大小。
图:phase margin与gain margin
分析下图各种情况下的相位裕量,1 / β = (Rf*R1*CS +R1+Rf) / R1,零点fz = 1 / 2*pi*(Rf // R1)*C1 ,Aol为放大器的开环增益。前面已经了解到可以通过Aol和1 / β来分析Aol*β,Aol的极点已经产生了90°相移,C1构成的极点也会产生90°的相移。分析下面的前提还要知道在零极点处的相移为45°。
1> 图中2的1 / β 的零点处与Aol相交,1 / β 的零点为Aol*β的极点,在极点处的相移为45°,所以相位裕量=180° - 135° = 45°。
2> 图中1的情况就是在第二个极点到来前就到0dB,那么相位裕量就是大于45°,小于90。
3> 图中3的1 / β 与Aol相交的位置是第二个极点后了,所以相位裕量小于45°。
图:零点位置与相位裕量
对于图中3情况的1 / β 的零点影响,可以再增加一个极点来补偿,极点的位置就在图中1 / β与Aol的交点。
图:增加极点来补偿零点
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