带电容器的非反相运算放大器配置

电器工程 运算放大器 电容器 回馈 稳定
2022-01-10 05:40:28

我真的不明白与反馈电阻并联的电容器 C1 的用途是什么。据我所知,如果我们修改输入信号频率,整体增益将相应修改,因为电容器的阻抗会影响反馈电阻。

很多时候我听说它对稳定性很有用,但我不明白为什么以及如何计算它的价值。这是否与运算放大器在一定频率后会导致滞后相移而电容器防止这种情况有关?如果是这样,那是为什么?

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提前致谢。

2个回答

很多时候我听说它对稳定性很有用,但我不明白为什么以及如何计算它的价值。

考虑到同相引脚的寄生电容可能为 4 pF。那是引脚本身,电阻器寄生和任何铜电容都集中在一起。

4 pF 与 10 kohm 电阻并联,它的存在将开始增加大约 3.98 MHz 的电路增益。如果您有一个慢速运算放大器,预计不会以接近该频率运行,那么请不要担心;您也不需要考虑添加反馈电容器,但是,如果您有一个快速运算放大器,并且您期望超过几兆赫兹的良好平坦性能,那么就该担心计算与您的 91 kohm 并联的电容器了。

您的容抗需要与它所穿过的电阻保持平衡,因此,对于 91 kohm(假设 10 kohm 的输入端为 4 pF),您将考虑一个值为 4 pF x 10/91 = 0.439 pF 的电容器。

或者,您可以将电阻值降低 10 并将问题从低 MHz 推到几十 MHz,此时您的运算放大器可能已经耗尽了动力。如果它没有耗尽蒸汽,那么您可以选择一个合适的反馈电容器。

只是为安迪的答案添加一点(一种数学方法)。为了理解原因,您需要熟悉频率响应。如答案中所述,运算放大器在输入端具有输入和杂散电容,这会降低闭环带宽。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

无需进行数学运算,您就可以找到环路增益(出于稳定性目的,您可以使用它来查找增益和相位裕度),结果是:

Loop Gain=AolR1R1+RF1sωp+1

现在,运算放大器开环增益与频率有关,我们可以将其建模为 2 极系统:Aol

Aol=ADC(sω1+1)(sω2+1)

由此可知,如果输入电容 ( ) 导致的极点接近极点,则您将增加一个额外的 90 度相移,这会使您更接近不稳定。在理想情况下,当时,该极点远离开环运算放大器增益的第二个极点,但随着电阻值的增加,该极点可能会移动到坏点。这就是为什么从数学的角度来看,您可能必须减小电阻值以避免这种情况。ωpω2Cp0

为了对此进行补偿,您可以将一个电容与反馈电阻并联(如您所愿),然后选择,这将(理想情况下)抵消由寄生电容引起的极点效应。你可以通过数学推导出来,我只是不想对安迪已经给出的好答案进行更多扩展。R1Cp=RFCF