運(yùn)放輸入網(wǎng)絡(luò)ZI與反饋網(wǎng)絡(luò)ZF及實(shí)例分析

1、 理論分析

圖1為SPICE運(yùn)放環(huán)路增益測試電路。LT提供直流閉環(huán)電路，因?yàn)槊總€(gè)交流SPICE分析必須首先進(jìn)行直流分析。進(jìn)行交流SPICE分析時(shí)，隨著頻率增加CT將逐漸變成短路，而LT將逐漸變成開路，因此可用同一仿真程序運(yùn)行所有運(yùn)放電路的交流穩(wěn)定性分析。利用圖1中計(jì)算公式可求得運(yùn)放Aol、環(huán)路增益以及1/β的幅度與相位曲線。盡管可以采用其他方法“打破環(huán)路”進(jìn)行交流分析，但圖1所示方法證明誤差最小。

圖1 運(yùn)放環(huán)路測試電路：

運(yùn)放Aol增益=dB[VM(2)/VM(1)]

運(yùn)放Aol相位=[VP(2)-VP(1)]

環(huán)路增益=dB[VM(2)/VM(3)]

環(huán)路增益相位=[VP(2)-VP(3)]

1/β=dB[VM(3)/VM(1)]

1/β相位=[VP(3)-VP(1)]

圖2 運(yùn)放網(wǎng)絡(luò)：ZI輸入網(wǎng)絡(luò)、ZF反饋網(wǎng)絡(luò)

2、 PS：ZI and ZF ZI和ZF網(wǎng)絡(luò)分析——高頻閉環(huán)增益降低但相位提升

ZF網(wǎng)絡(luò)分析——高頻閉環(huán)增益降低但相位提升：首先對(duì)圖3所示ZF網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行1階分析，該網(wǎng)絡(luò)為運(yùn)放電路中的反饋網(wǎng)絡(luò)，其中Cp在低頻上為開路，且低頻1/β變成簡單RF/RI。而在其他極端頻率上(例如高頻)，Cp為短路且高頻1/β變成(Rp//RF)/RI。當(dāng)Cp短路時(shí)由于Rp<

圖3 ZF網(wǎng)絡(luò)分析電路

1/β低頻=RF/RI=100→40dB：Cp在低頻時(shí)開路;

1/β高頻=(Rp//RF)/RI≈10→20dB：Cp在高頻時(shí)短路;

當(dāng)Xcp=RF時(shí)1/β出現(xiàn)極點(diǎn)： fp=1kHz;

當(dāng)Xcp=Rp時(shí)1/β出現(xiàn)零點(diǎn)：fz=10kHz

ZF反饋網(wǎng)絡(luò)開環(huán)測試電路

交流仿真設(shè)置

Cpv參數(shù)仿真設(shè)置

Cpv=1p無補(bǔ)償時(shí)的環(huán)路波特圖：低頻相位為90度

Cpv=1.59n有補(bǔ)償時(shí)的環(huán)路波特圖：相位大于90度：

通過正確計(jì)算補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，在所需頻率點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償

ZF閉環(huán)頻率特性測試電路

Cpv=1p無補(bǔ)償時(shí)的閉環(huán)波特圖

Cpv=1.59n有補(bǔ)償時(shí)的閉環(huán)波特圖

ZI網(wǎng)絡(luò)分析——高頻閉環(huán)增益增大但相位降低：首先對(duì)圖4所示ZI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行1階分析。該電路為運(yùn)放電路中的輸入網(wǎng)絡(luò)，其中Cn在低頻時(shí)開路，并且低頻1/β=RF/RI。高頻時(shí)Cn短路，此時(shí)1/β=RF/(RI//Rn)。Cn短路時(shí)由于Rn<

圖4 ZI網(wǎng)絡(luò)分析電路：

1/β低頻=RF/RI=10→20dB，Cn在低頻時(shí)開路;

1/β高頻=RF/(RI//Rn)≈100→40dB，Cn在高頻時(shí)短路;

當(dāng)Xcn=RI時(shí)1/β存在零點(diǎn)，fz=1kHz;

當(dāng)Xcn=Rn時(shí)1/β存在極點(diǎn)，fp=10kHz

ZI輸入網(wǎng)絡(luò)開環(huán)測試電路

交流仿真設(shè)置

Cnv參數(shù)仿真設(shè)置

Cnv=1p無補(bǔ)償時(shí)的環(huán)路波特圖：相位90度

Cnv=15.9n有補(bǔ)償時(shí)的環(huán)路波特圖：相位小于90度，

通過正確計(jì)算補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，在所需頻率點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償

ZI閉環(huán)頻率特性測試電路

Cnv=1p無補(bǔ)償時(shí)的閉環(huán)波特圖：增益和相位低頻保持恒定

Cnv=1.59n有補(bǔ)償時(shí)的閉環(huán)波特圖：增益提升、相位降低

3、 PS：DesignExample ZF補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

頻域開環(huán)測試電路

交流仿真設(shè)置

瞬態(tài)仿真設(shè)置

無補(bǔ)償時(shí)環(huán)路伯特圖fz1=100meg：相位裕度10度，電路不穩(wěn)定

無補(bǔ)償時(shí)環(huán)路伯特圖fz1=100meg：時(shí)域仿真電路振蕩

有補(bǔ)償時(shí)環(huán)路伯特圖fz1=40k：相位裕度51.7度，電路穩(wěn)定

Fz1=40k有補(bǔ)償時(shí)輸入、輸出波形：電路穩(wěn)定工作

4、 實(shí)際測試：(待整理)

負(fù)載特性、輸入源特性、參考源調(diào)節(jié)——測試波形與數(shù)據(jù)相結(jié)合，然后與仿真對(duì)比

5、 總結(jié)：

利用ZI和ZF網(wǎng)絡(luò)對(duì)運(yùn)放電路進(jìn)行反饋補(bǔ)償，使得放大電路穩(wěn)定可靠工作!

6、 附錄——關(guān)鍵仿真器件模型