OP AMP - 反馈理论在运放中的应用
實際應用的系統絕大多數是閉環的,運放更是如此。
關于反饋理論,需要了解極點,零點,波特圖,以及如何用相位裕度,幅值裕度 確定系統的穩定性,這里不作贅述
,不懂的部分可以到網上搜點課件和教材。只說明反饋在運放中的應用及其分析。
運用反饋可以提高運放穩定性,還可以控制系統參數。將運放的反饋表示如圖:
Vin,Vout分別是系統輸入和輸出,
A是運放的增益,也叫開環增益,
Beta就是外部電容電阻等引入的反饋回路,
E表示Error,就是輸入和輸出反饋回路的差值。
由圖可以看出,A無窮大時,反饋系統有使E為0的傾向, 這也是運放虛短的原因。
所以算得:
將定義為環路增益。
理想運放A無窮大,所以簡化為
注意上面使用的復數,也包含了相位在里面。
反饋系統一般使用波特圖(Bode)分析,現將增益轉換成DB形式。
其波特圖為
但實際的運放有若干個極點,但由于內部補償,可以看作一個極點。
可以近似表示為
其波特圖為
注意實際系統的波特圖的曲線是平滑過渡的。
上圖可以看出開環增益和閉環增益的差值為
圖中x是運放的增益A通閉環增益的連接點。
運放的穩定性和環路增益有關,當環路增益為-1,幅值1,相位-180,系統不穩定,產生了振蕩。
很多系統的增益大于1,一般通過調節相位比避免振蕩。
絕大多數高階系統可以用二階系統近似表示,
令環路增益為
對應的波特圖為:
相位裕度
保證一定的相位裕度可以確保系統穩定性。
如果在極點不變的情況下,提高環路增益,會使得20LOG()達到0dB的頻率增大,使相位源度變小,向0靠近。
而閉環增益是由外部電阻決定,環路增益的增大,閉環增益減小。
反之,閉環增益增大有助于系統的穩定。
如果圖中的兩個極點的頻率距離變短,增益下降加速,同樣使相位源度變小,向0靠近。
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總結
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