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高增益、大帶寬,為什么電路還會發(fā)生振蕩

2022/3/24

  由于目標增益非常高,首先需要檢查直流 (DC) 工作的情況,以檢驗輸出偏移電壓是否處于預(yù)設(shè)范圍以內(nèi)。如果超出增益級和放大器直流參數(shù)、輸入偏置電流和輸入偏移電壓預(yù)設(shè)的范圍,則電路明顯可能存在振蕩。系統(tǒng)振蕩體現(xiàn)為多種形式,如噪聲增大、輸出偏移電壓以及在無負載情況下靜態(tài)電流增大等,不一而足。

  如果發(fā)生振蕩、電路為高增益直流耦合且各級工作正常,則耦合每一級的交變電流 (AC) 會將輸出偏移電壓當作電位問題掩蓋,F(xiàn)在剩下的問題就是消除不良的寄生特性。

  在存在正反饋環(huán)路,或當系統(tǒng)的相位裕度不足的時候,就會發(fā)生振蕩。由于放大器本身處于穩(wěn)定狀態(tài)且負載為阻性,可能的原因就是存在正反饋環(huán)路。

  圖 1 所示的下列電路可通過調(diào)整放大器在低頻率下的噪聲增益來處理較大的 DC 偏移。由此,任何直流分量在輸出端的增益僅為 1-V/V。此外,圖 1 還顯示了電源是通過電源層連接的。圖中給出了每個放大器的本地電源旁路電容器,但為簡化起見省略了全局電源旁路電容器。

  圖 1:帶電源層的多級放大器原理圖

  試想,未級正在驅(qū)動一個重負載,電流將從電源流入負載。該電流將對電源軌造成擾動。由于多級放大器的電源軌連接在一起,我們將在級和第二級察覺到這種擾動。擾動會出現(xiàn)在級的輸出,只有級的電源抑制比 (PSRR) 可以衰減,然后再由第二級和第三級的信號增益放大。

  如果擾動頻率的 PSRR 低于第二級和第三級增益的乘積,那么負載產(chǎn)生的擾動就會被放大。換言之,電源軌上存在正反饋環(huán)路。

  解決的方法非常簡單,細致地進行電路板的板面布局,讓電源先給未級供電,同時在各級之間插入一個串聯(lián)電感器。在下圖所示的三級放大器中,我們只給每個電源添加了兩個電感器。在圖 2 中,我們只在正電源上實施這種方法。注意,負電源可能也需要這樣處理。

  圖 2:在各級間實施電源隔離

  圖 2 所示的范例采用了 LMH6629 作為級,OPA684 作為第二級和第三級。

  采用 +5V 電源即可實現(xiàn)良好的 5MHz 的平坦頻帶,-3dB 帶寬為 10MHz。對于 10uV信號,在放大率為 100,000V/V 的情況下,得到的 SNR 為大約 12dB。

  圖 3:每級之后的頻率響應(yīng)

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