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单位增益稳定的困惑

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
您好!我有个项目要设计二阶巴特沃斯低通滤波器,采用多反馈结构,增益是0.62,-3db截止频率150KHz。 我选了一款增益带宽积是28MHz的运放,该运放手册中写明是单位增益稳定的运放,手册中开环增益和频率的图里,开环增益0db时相位是-135°。 现在有两处有疑问: 1.做低通滤波器,这个运放选的是否合适,除了增益带宽积这个指标外,做滤波器还要考虑什么指标? 2.我的滤波器增益是0.62,这样一个单位增益稳定的放大器在该电路环境下能否稳定?增益的下限如何判断呢?如何从开环的bode图里查看闭环的稳定性? 谢谢!

亲;你的选型有些小问题。建议选带宽略低的放大器;建议增益设置的略大点,不要小于1,可以用衰减电路衰减后滤波放大。

可以使用webench或者filterpro来设计,系统会给你推荐运放

XP您好!

这个二阶滤波器要求运放的最低带宽是多少呢?带宽略低是低到多少合适,1MHz可以不?带宽低了有什么好处,是噪声特性会好还是有别的什么优势?最小需要的运放带宽是怎么算出来的?谢谢!

Carter Liu您好!

请问设计这种滤波器时运放选型的理论依据是什么,有没有相关资料可以找到这些呢?

谢谢!

依据大概是噪声、带宽、SR吧,我这里暂时没有这种资料

额,我用了webench,里面滤波器增益只能是1~1000,不能输入0.62。要实现增益小于1的滤波器,是不是都要冒不稳定的风险呢?我用MULTISIM里的LF347仿真了下滤波器,输入激励使用2V的阶跃信号时倒是没有不稳定。

增益小于1确实有不稳定的风险,建议前级先衰减在进入滤波器

我们这个滤波器不是全新设计的,原来的滤波器增益是1,老板希望在原有电路的基础上修改一些电阻电容的值,其他尽量不动,这样把库存的产品改焊几个器件就能实现增益变到0.62的新产品,我还是先调一下看看再说吧。

谢谢你们!

不好意思,TI没有增益带宽积为28MHz的运放,请问楼主用的是哪款放大器呢?

楼主放心好了,即便用的不是TI的放大器也没关系,只要你提供放大器的型号,我们可以根据放大器的数据手册告诉你理论上运放在增益为0.62的时候是否震荡。

谢谢Vio Liu!这两天忙得没空上网,我本来看好OP467,但这个芯片价格好像比较高。麻烦您看看LF347或者uA741这种普通运放能满足要求不? 要是想从理论上分析,是不是要看二阶滤波电路的开环传函的相角裕度呢?有没有快速求解相角裕度的方法 手机上传手册老是传不上去,再次感谢!

楼主你好,

放大0.62倍,对于反相放大而言,反馈系数Beta为0.62(0.62/(1+0.62))。我们此时只需要关注增益为4dB(0.62的倒数)时相移的大小即可。

下面这个图是ADI的OP467的开环增益-相移曲线。

我们可以看到增益为4dB的时候相移大概为-120度。仍然有不少的相位余量,因此是可以稳定工作的。

LF347以及uA741没有这方面的资料,所以没法给出结论是否可行。不过即便不可行,楼主也可以使用外部补偿的方式,用牺牲带宽的方式来确保放大器的稳定性。

Vio Liu大侠风范啊,深入浅出!只是有些地方我还有点疑惑,括号里写的0.62/(1+0.62)是什么意思?另外,为何关注的是0.62倒数处的相移,要是增益=1,那是不是要关注0db处的相移,该处相移135°,也稳定;要是增益=10(即-20dB),那相移超过180°,不稳定了,不应该是增益太小(<1)时容易不稳定吗?

Vio Liu您好! 今天回去又翻了下以前的模电书,分析的过程是不是这样:设开环增益为A,反馈系数为F,闭环互阻增益Auf=0.62=-4dB≈1/F,环路增益AF有关系式 20lg|AF| = 20lg|A| + 20lg|F| = 20lg|A| - 20lg|1/F| = 20lg|A|-(-4dB),这样环路增益AF的BODE图相当于开环增益A的BODE图上移4dB,即可等效为开环增益图中的-4dB线为环路增益图中的0dB线,即附件中红线,环路增益穿越0dB(-4dB)线处相移约为-160°,即相角裕度约为20°,虽然稳定但稳定裕度较低。

同理,相移为-180°处对应的幅值约为-7dB,即环路增益1/F=0.446时电路处于临界稳定状态

您看我这样分析对吗?

附件里是我找到的LF347的手册,如果我上一个分析是正确的,那使用LF347做同样的二阶滤波,在增益为0.62(-3dB)时要看红线对应的频率处的相移,为正25°,相角裕度205°,系统稳定。

同理,相移为-180°图上未标,可估计为20MHz处,此处增益为-30dB(0.0316),即闭环为0.0316时系统处于临界稳定状态。

这说明LF347比OP467更适合于这种增益小于1的场合。

我倒是有两个疑问:1、National Semi已经被TI收购了,手册里的这些信息对现在TI出产的LF347来说还有效吧?

2、为什么这个运放在0db处的相移为正,很多运放在0dB处相移为负,这两者在使用上要注意什么不?

非常感谢!

自顶一下

你好,

你的理解是正确,对于Vio Liu的分析,其中有一点小小的失误,系统的反馈系数beta为放大倍的倒数。

希望能帮到你。

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