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4.5.4比较器与正反馈

运放电路的稳定性(四) A.6 和 A.7 比较器与正反馈 A.6 模拟比较器的原理看似很简单 但是实际用起来也会出各种问题 其中高速比较器使用特别容易发生振荡 用 TINA 直接仿真比较其振荡比较困难 原因是电源和信号源的性能太好 那么我们呢构造一个不太好的正弦信号源,包含噪声 然后再进行比较器振荡的方针 VG1 信号呢 为一个 3V 正弦波 而 VG2 的信号呢,为一个 300mV 但频率更高正弦波 两个信号进行叠加那么相当于 300mV 的 毛刺信号 叠加到了一个 3V 的信号上 那比较器呢,它的同相输入端这个相 0V 所以呢这个电路呢,构成一个过零电压比较器 我们看仿真结果 在过零点附近 输出电压发生了多次 负电压和正电压之间的跳变 这就是由于噪声的影响 比较器振荡的原因是由于噪声 这个噪声来源有个信号噪声或者是电源噪声 那使得呢在比较阈值附近反复多次切换比较结果 它是波动的,因此你跟过某一个电平做比较 它就是比较出好几次逻辑发生变化了 那么输入信号变化越缓慢 也就是说输入的信号变化越缓慢 它的比较器响应的越快 那么振荡呢就越容易发生 也就是说我们通常只有高速比较器才会振荡 那我们在芯片说明书中找解决振荡的方案 那么如图所示呢为 TI 的 高速比较器 TLV3501 的说明书中推荐的电路 这个电路中呢 首先 应该良好的去耦 滤波 去除电源供电噪声 那么另外呢, R1、R2 构成了一个非常微弱的 正反馈 这个正反馈构成的滞回比较器可以消除振荡 我们来分析一下原理 当我的输入信号 刚刚低于 UP 的时候,这地方 输出电压为高电平,这个高电平使得 跟参考电压做比较,共同作用使得 UP 电压 升高,变大了大于 VREF 那这时候即使 VIN 由于噪声的波动 电压有所上升但它高不过 你现在已经被抬高的 VREF 所以输出逻辑不会变化 那么当你这个输入电压低于 UP 的时候呢 输出电压为低电平,低电平 和 VREF 作用,把 UP 拉低 那么这个时候即使你 VIN 由于噪声波动 有所下降,那也降不过现在已经被降低的 UP 所以现在的逻辑依然是稳定的 那么在 TINA 仿真中也加入正反馈电阻 R4 好,现在仿真我们就发现 引入施密特以后 振荡消失 运放稳定性的小结 A7 点 运放不稳定的根源来自于 运放内部和外部的迟滞效应就相移 那微小的迟滞呢就能导致振铃的产生 所以我们应该尽量减小反馈回路的电容值 可以引入高通环节来补偿迟滞效应 这就是相位补偿 一般我们认为振铃呢 引起的过冲不要大于20%才是稳定的 那么在某个频率下 由于迟滞导致负反馈变正反馈也就是 鸡可以生蛋了 并且呢反馈回来以后的总开环增益还大于 0dB 生蛋率乘以孵鸡率 那么就会产生严重的自激振荡 我们一定要记住考察这个蛋生 鸡生蛋蛋孵鸡的时候看的是开环增益 而不是我们通常用习惯那个闭环增益 由于单位增益的接法,缓冲器接法的时候 输出信号全部返回运放也就是 蛋全部会孵成鸡这种情况是最容易满足 鸡生蛋蛋孵鸡的 所以单位增益运放是最不容易稳定 这才有了专门的 单位增益稳定运放这类产品 在运放实际应用中呢 我们规定稳定条件要留有裕量,裕量是规定 开环增益 0dB 时候,相移不能超过135° 得留有45°的相位裕量 或者呢当你相移180°的时候 你的增益小于- 3dB 就是不能说是1倍 你的增益要小于0.707倍才认为是稳定的 那么比较器振荡的原因 是信号和电源的噪声造成的 噪声导致信号在比较门限附近呢摇摆不定 反复输出结果,而由于你是高速比较器 它只要比较出结果,你就立刻输出显示出来了 所以对于高速比较器更容易振荡 那么引入正反馈以后呢 相当于变成了施密特比较器 这个呢不仅在模拟比较器中有应用 而且呢大多数的单片机的 IO 口中 它实际上也是施密特输入的 防止 IO 口的输出输入逻辑也是振荡 好,这节课就到这里

运放电路的稳定性(四)

A.6 和 A.7

比较器与正反馈

A.6

模拟比较器的原理看似很简单

但是实际用起来也会出各种问题

其中高速比较器使用特别容易发生振荡

用 TINA 直接仿真比较其振荡比较困难

原因是电源和信号源的性能太好

那么我们呢构造一个不太好的正弦信号源,包含噪声

然后再进行比较器振荡的方针

VG1 信号呢

为一个 3V 正弦波

而 VG2 的信号呢,为一个 300mV

但频率更高正弦波

两个信号进行叠加那么相当于 300mV 的

毛刺信号

叠加到了一个 3V 的信号上

那比较器呢,它的同相输入端这个相 0V

所以呢这个电路呢,构成一个过零电压比较器

我们看仿真结果

在过零点附近

输出电压发生了多次

负电压和正电压之间的跳变

这就是由于噪声的影响

比较器振荡的原因是由于噪声

这个噪声来源有个信号噪声或者是电源噪声

那使得呢在比较阈值附近反复多次切换比较结果

它是波动的,因此你跟过某一个电平做比较

它就是比较出好几次逻辑发生变化了

那么输入信号变化越缓慢

也就是说输入的信号变化越缓慢

它的比较器响应的越快

那么振荡呢就越容易发生

也就是说我们通常只有高速比较器才会振荡

那我们在芯片说明书中找解决振荡的方案

那么如图所示呢为 TI 的

高速比较器 TLV3501 的说明书中推荐的电路

这个电路中呢

首先

应该良好的去耦

滤波

去除电源供电噪声

那么另外呢, R1、R2 构成了一个非常微弱的

正反馈

这个正反馈构成的滞回比较器可以消除振荡

我们来分析一下原理

当我的输入信号

刚刚低于 UP 的时候,这地方

输出电压为高电平,这个高电平使得

跟参考电压做比较,共同作用使得 UP 电压

升高,变大了大于 VREF

那这时候即使 VIN 由于噪声的波动

电压有所上升但它高不过

你现在已经被抬高的 VREF

所以输出逻辑不会变化

那么当你这个输入电压低于 UP 的时候呢

输出电压为低电平,低电平

和 VREF 作用,把 UP 拉低

那么这个时候即使你 VIN 由于噪声波动

有所下降,那也降不过现在已经被降低的 UP

所以现在的逻辑依然是稳定的

那么在 TINA 仿真中也加入正反馈电阻 R4

好,现在仿真我们就发现

引入施密特以后

振荡消失

运放稳定性的小结 A7 点

运放不稳定的根源来自于

运放内部和外部的迟滞效应就相移

那微小的迟滞呢就能导致振铃的产生

所以我们应该尽量减小反馈回路的电容值

可以引入高通环节来补偿迟滞效应

这就是相位补偿

一般我们认为振铃呢

引起的过冲不要大于20%才是稳定的

那么在某个频率下

由于迟滞导致负反馈变正反馈也就是

鸡可以生蛋了

并且呢反馈回来以后的总开环增益还大于 0dB

生蛋率乘以孵鸡率

那么就会产生严重的自激振荡

我们一定要记住考察这个蛋生

鸡生蛋蛋孵鸡的时候看的是开环增益

而不是我们通常用习惯那个闭环增益

由于单位增益的接法,缓冲器接法的时候

输出信号全部返回运放也就是

蛋全部会孵成鸡这种情况是最容易满足

鸡生蛋蛋孵鸡的

所以单位增益运放是最不容易稳定

这才有了专门的

单位增益稳定运放这类产品

在运放实际应用中呢

我们规定稳定条件要留有裕量,裕量是规定

开环增益 0dB 时候,相移不能超过135°

得留有45°的相位裕量

或者呢当你相移180°的时候

你的增益小于- 3dB

就是不能说是1倍

你的增益要小于0.707倍才认为是稳定的

那么比较器振荡的原因

是信号和电源的噪声造成的

噪声导致信号在比较门限附近呢摇摆不定

反复输出结果,而由于你是高速比较器

它只要比较出结果,你就立刻输出显示出来了

所以对于高速比较器更容易振荡

那么引入正反馈以后呢

相当于变成了施密特比较器

这个呢不仅在模拟比较器中有应用

而且呢大多数的单片机的 IO 口中

它实际上也是施密特输入的

防止 IO 口的输出输入逻辑也是振荡

好,这节课就到这里

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4.5.4比较器与正反馈

所属课程:电子电路基础知识讲座 发布时间:2016.10.14 视频集数:79 本节视频时长:6:24
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