许多种精密应用均具有感应光线的功能,并可将光感信息转换成有用的数字信号。设计人员必须要借助Bode图精心地对应用前端的 电路 不稳定性进行校正。
图1,此双 晶体管 电路是一个用于点亮 LED 的高增益 放大器 。
在系统前端,前置放大器将光电 二极管 的 电流 输出信号转换为可用电压电平。图1显示的是该系统的前端电路,其由一个光电二极管、一个 运算放大器 以及一个反馈网络组成。该系统的传输函数为:
其中,AOL(jw) 为频率的放大器开环路增益;b为系统反馈系数,即1/(1+ZIN/ZF);ZIN为分布式输入 阻抗 ,即 RPD||jw(CPD+CCM+CD IF F);ZF为分布式反馈阻抗,即 RF ||j(CRF+CF)。
Bode 图是确定稳定性的一个有用工具。针对本设计的Bode图包括放大器的开环路增益和1/b曲线。确定噪声增益频率响应的一些系统因素为:光电二极管寄生效应、运算放大器的输入 电容 ,以及放大器反馈环路中的RF、CRF和CF。
图2,开环增益频率响应和反馈增益频率响应的闭合速度是20dB/decade。
图2显示了1/b曲线的频率响应和放大器的开环路增益响应:fP=1/(2w(RPD||RF) (CPD+CCM+CDIFF+CF+CRF)) 以及fZ+1/(2w(RF)(CF+CRF))。AOL(jw) 曲线与1/b曲线在兴趣点 (in te res ti ng point) 相交。两条曲线的闭合速度表明了系统相位裕度,从而可对稳定性进行预测。例如,两条曲线的闭合速度为20dB/decade。这里,放大器带来大约 -90°的相移,反馈系数带来大约0°相移。通过增加 AOL(jw) 相移的1/b相移,系统的相移可为-90°,其相位裕度为90°,从而带来稳定的系统。如果这两条曲线的闭合速度为40dB/decade,则表明相移为 -180°,相位裕度为0°,该电路会随阶跃函数输入发生振荡或振铃。
校正电路不稳定性的一种方法是添加反馈 电容器 CF,或者使放大器拥有不同的频率响应或不同的输入电容。允许放大器带宽、输入电容和反馈 电阻器 值变化的一种比较保守的计算方法是让系统的1/b极点位于半频以下,而两条曲线恰恰会在该频率处相交:
其中,fGBW为放大器的增益带宽乘积。在本设计中,系统相位裕度为65°,阶跃函数的过冲为5%。
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