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电流源设计中的运放振荡问题的解决方案

来源:admin      发布时间:2017-05-25     

对于工程师来说,电流源是个不可或缺的仪器,也有很多人想做一个合用的电流源,而应用开源套件,就只是用一整套的PCB,元件,程序等成套产品,参与者只需要将套件的东西焊接好,调试一下就可以了,这里面的技术含量能有多高,而澳门电子游戏正规网站能从中学到的技术又能有多少呢?本文只是从讲述原理出发,指导大家做个人人能掌控的电流源。本文主要就是设计到模拟部分的内容,而基本不涉及单片机,希望朋友能够从中学到点知识。

  加速补偿--校正Aopen

  校正Aopen是补偿的最佳方法,简单的Aopen补偿会起到1/F补偿难以达到的效果,但并非解决一切问题。

  如果振荡由于po位于0dB线之上造成,可想到的第一办法是去掉po.

  去掉极点作用的基本方法是引入零点。

  引入零点的最佳位置为Ro,Ro上并联电容Cs可为MOSFET输入端引入一个零点zo.

  但Ro是运放内部电阻,无法操作,因此在Ro后添加一只电阻Rs,并将Cs与Rs并联。

  如果Rs>Ro,则可基本忽略Ro的作用。

  增加Rs和Cs后,会使MOSFET输入端的极点po和零点zo频率分别为:

  po=1/2pi(Cs+Cgs)Rs,zo=1/2pICsRs.

  如果Cs>Cgs,则原有的极点po=1/2piRoCs由高频栋拿诺缱佑蜗氛嫱酒至低频段,频率由Cs、Cgs和Rs决定,而非Cgs和Ro决定,新引入的零点zo也在低频段并与po基本重合,两者频率差由Cgs与Cs的比例决定,因而很小。

  通常Rs=2k-5kOhm,Cs=0.01-0.1uF.

  Rs和Cs将原有极点po移至低频段并通过zo去除。像极了chopper运放里通过采样将1/f噪声量化到高频段后滤除。很多不沾边的方法思路都是相通的。

由瞬态方法分析,Cs两端电压不可突变,因此运放输出电压的变化会迅速反应到栅极,即Cs使为Cgs充电的电流相位超前pi/2.因此Cs起到加速电容作用,其补偿称为加速补偿或超前补偿。

  很多类似电路里在Rs//Cs之后会串联一只小电阻,约100 Ohm,再稍适调整零点和极点位置,此处不必再加,那个忽略的Ro很合适。

  看个范例,Agilent36xx系列的MOSFET输入级处理,由于PNP内阻很小,至少比运放低得多,因此后面有一只R42=100 Ohm.

  在此之前,如果看到C49和R39,恐怕很多坛友会很难理解其作用,然而这也正是体现模拟电路设计水平之处。有人感叹36xx系列电路的复杂,然而内行看门道,其实真正吃功夫的地方恰在几只便宜的0805电阻和电容上,而非那些一眼即可看出的LM399、AD712之类的昂贵元件。

  后面两节里还会出现几只类似的元件,合计成本0.20元之内。

  本次增加成本:

  3.9k Ohm电阻 1只 单价0.01元,合计0.01元

  0.1uF/50V电容 1只 单价0.03元,合计0.03元

  合计0.04元

  合计成本:9.46元

  潜在的振荡:运放的高频主极点pH

  通过加速补偿,由Cgs造成的极点作用基本消除。

  然而,0dB线附近还有一个极点--运放的高频主极点pH.

  事实上,就纯粹的运放而言,pH只在0dB线之下不远的位置。与po类似,由于gmRsample的增益作用,pH也有可能浮出0dB线,从而使Aopen与1/F的交点斜率差为40dB/DEC,引起振荡。

  pH的位置比po低,因此gmRsample的增益必须更高才能使电路由于pH而产生振荡,然而gmRsample由于datasheet中没有完整参数,实际上只能大致预测而无法精确计算。因此必须采取一定措施避免pH的作用。

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