MOSFET

4.5.4比较器与正反馈

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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