带宽、主极点、高频极点、GBW
目的：
- 探讨为何运用 none inverting gain 同相增益来计算带宽 以及高频极点的位置对带宽的二次效应。
- 讨论 Gain Bandwidth Product 增益带宽积的定义
- 如何从 Datasheet 以图形方式由开回路增益决定电路在特定增益下的带宽
- 讨论在图中出现的低频极点或称主极点（Dominant Pole）
主极点是在 Aol 图中 当 Aol 开始随频率下降的点
- 极点频率可以从 Aol （开环频率响应）曲线来估计
更准确的方法是使用 Gain Bandwidth Product 及 Avol 来计算
Eg.OPA827 ：已知 GBW=22MHZ和 开回路增益Avol=126dB
Aol=126dB=（60+60+6）db≈1000*1000*2=2*10^6(V/V)
- 结论：主极点频率为11.03Hz
此计算与数据表中的图形一致
由图知：NE5532 Avol=100db，GBW=10MHZ
得到主极点频率=10MHZ/100db=10 000000/10 0000=100HZ
结论：与NE5532图不符合(为什么？)
进一步研究 OPA827 的开回路增益曲线
可得
- 频率下<主极点频率,开回路增益一直保持 120dB
- 当频率>主极点 开回路增益以 -20dB/dec 的速率减少
注意 OPA82期的 Aol 斜率是定值 ，因此增益带宽积从 0 到 120dB 的闭回路增益为定值
虽然开回路曲线以 -20dB/dec 的恒定速率下降很常见
但情况并非总是如此
例如：高速的 OPA847 Aol 曲线 ，其增益带宽积只定义部分的 Aol 曲线 .
如上图只定义了 闭回路增益>50V/V 的增益带宽积
我们看到开回路增益曲线
- 当增益> 50V/V 或 34dB
Aol 曲线的斜率为 -20dB/dec
- 因此所有闭环增益大于 50V/V 的增益带宽积（GBW）等于 3900MHz
GBW=G*BW
- 当增益< 50V/V
Aol 的斜率发生变化
因此没有特定的增益带宽积
相反的 特定增益的闭回路带宽是被指定的
还要注意的是
对于增益小于 12V/V (21.5db)其 Phase margin相位裕度 表示系统并不稳定
说明增益低于 50V/V 时 增益和带宽的乘积并不是定值
- 但当大于等于 50V/V 为定值 ，在计算反相、同相组态使用增益带宽积 计算出闭回路带宽 、反相组态的带宽是使用同相增益的计算方法
同相增益通常被称为 noise gain 噪声增益
这例子显示相同的放大器
设置为在反相（inverting）和同相（noninverting）（缓冲器buffer）
反相具有 -1 的增益
同相为 1 的增益
来计算同相的带宽
- 同相放大器 U1 是通过增益带宽积及同相增益来计算
所以带宽是 22MHz/1=22MHz
- 反相放大器 U2 的带宽
是使用同相增益来计算 同相的增益计算公式为
Rf/R1+1 在这个例子是 2 (???怎么来的)
因此反相放大器的带宽是 22MHz/2=11MHz
首先考虑反相组态
转移函数可用左边的控制系统或右边的电路表示
控制系统的分析表示较为直觉
反相组态的转移函数是
Aol 是方程式中唯一随着频率变化的变数
现在比较反相和同相
比较反相和同相
注意两个组态之间唯一的区别是前馈因子α
α是一个常数纯量 并不影响带宽
带宽是由 Aol 、Aol *β 来决定
此项在反相和同相组态是相同的
此外 由 Aol 在两种情况下是相同的，带宽是由 β 决定
1/β 是同相增益= (Rf/R1)+1
此仿真我们有 1V/V 增益的缓冲器
和 -1V/V 增益的反相放大器
这些都是与之前相同的电路架构
唯一的差别是以放大器 OPA827 来仿真
而之前的仿真中使用简化的单极运算放大器模型
Bandwidth 的计算与之前相同
计算出反相放大器的带宽为 11MHz
用于缓冲器的同相放大器带宽为 22MHz
当仿真电路时 带宽是 18MHz 和 34.7MHz
为什么仿真与计算结果不同？
现实运放和强大的仿真模型有多个极点
在它们的开环回路增益或 Aol 曲线
- 一个常见的错误是用反相放大器的信号源增益来计算带宽
- 用仿真证明手算的结果是正确的
使用单极放大器模型来说明带宽和电路结构的关系
具有对带宽额外影响的二次效应
- 证明需要使用同相增益或噪声增益来计算带宽
- 是什么样的理论基础得到不管同向反向都是使用噪声增益来计算带宽
- 因此反相和同相组态的带宽 由同相增益来决定
- 带宽的二次效应
已讨论一个低频极点的存在或主极点。其它极点通常被设计在元件的单位增益带宽之外
然而其它极点仍然会影响带宽
左侧图描述了 Aol 和一个简化的仿真相位曲线
请注意只有主极点出现在 Aol 曲线
看对应的相位图
看到由于主极点及相应 90 度的相移
在更高的频率很明显没有额外极点
因为相位曲线保持不变
相位只于极点频率的十倍频之前开始改变
右侧图的 Aol -相位曲线，更全面的双极点仿真模型
在此，看到在低频的主极点存在
着眼于相位曲线
看到一个相位于高频移动
这表示一个高频极点存在
注意，即使极点的位置超出单位增益带宽
但它能影响元件的相位
在 Aol 曲线的第二个极点 会影响运放闭回路响应的幅值和相位
实际上有两个或多个极点的 Aol 曲线放大器的
闭环回路响应是由该转移函数来求得
其中 s 为 jω
ω 是自然频率
ζ是阻尼因数
以对数图绘制二阶系统的幅值，在不同 ζ 下的增益与频率关系
以 dB 为单位
没有 gain peaking 的影响
则 ζ 的值小并受 gain peaking 的影响很大
gain peaking 发生在现实世界中的运算放大器
并建立在大多数运算放大器模型中
当频率接近于 natural frequency ,gain peaking 将导致误差并会影响带宽
绘制放大器的开回路增益曲线及缓冲器的闭回路增益曲线
红色虚线表示开回路增益曲线
而闭回路增益为蓝色实线
Aol 曲线的主极点位于 0.6Hz
当频率>0.6Hz
Aol 曲线以 -20dB/dec 的速度下降
直到越过单位增益或 0dB ,频率大约是 2MHz
注意 当回路增益耗尽,该闭回路增益开始跟随 Aol 曲线
该图还显示出了第二高频极点位于 27MHz
高于这个频率的 Aol 曲线以 -40dB/dec 的速率下降
我们发现当第二极点的频率下降
带宽将增加 反之亦然
现在让我们来放大高频部分的图形
那么这个极点位于 27MHz
我们发现带宽或 -3dB点 是 2.1MHz
- 注意，当第二个极点的频率> unit frequency ζ 的值
- 如果第二极点的频率接近于 unit gain frequency
- 第二极点的位置会影响电路的带宽
在上面的几张投影片中
减少第二极点的频率 从 27MHz 下降至 2.5MHz
在这里的第二个极点频率 从 27MHz 降低到 12.4MHz
而带宽由 2.1MHz 提高至 2.2MHz
注意带宽将跟随第二个极点频率降低而增加
最后 当第二个极点接近单位增益带宽
闭回路带宽停止变化
我们看到显著的 gain peaking
此表总结了第二个极点的位置
对于 gain peaking 和闭环带宽的影响
值得一提的是 peaking effectt 只会发生于低增益
此后将介绍稳定度并显示更多 gain peaking 概念的细节
现在必须注意到在放大器第二极点的位置
关系着可能出现 gain peaking
此外这种影响通常是包含在 SPICE 运算放大器 macro-model 中 ，最后 该峰值的大小一般应小于几分贝
并且在带宽的变化应当小于两倍
讨论了为什么应该使用同相增益来计算带宽及带宽的二次效应，即高频极点位置
-----------------------------------------------------------------------------------------------待续20211021
实验：
测试结果：
带宽、主极点、高频极点、GBW相关推荐
- 运放环路补偿及计算，零点、极点计算
文章来自一位资深工程师的干货分享,各位伙伴准备好小本本,开始今日份学习~ 作为一名硬件工程师,因为最近的项目,每天接触最多的是电源的设计工程师,发现不管是电源的老手.高手.新手,几乎对控制环路的设计一 ...
- 【模拟IC】系统频率稳定性分析与极点补偿技术介绍
文章目录 前言 一.负反馈 二.稳定性 2.1直流和低频响应 2.2高频响应 2.3一阶负反馈系统 2.4 二阶负反馈系统 2.5高阶负反馈系统 三.补偿技术 3.1 主极点补偿 3.2 线性补偿技术 ...
- 运放中的增益、带宽、增益带宽积、单位增益带宽、-3dB带宽、开环增益、闭环增益、反馈系数、环路增益等概念辨析
增益 简而言之就是放大倍数,一个系统的输出信号与输入信号的幅值比例. 如果用分贝数来表示:分贝数dB = 20 lg ( Vout / Vin ) 例如40dB时,幅值之比为100倍.-3dB时,幅值 ...
- TI 高精度实验室《运算放大器系列--带宽》
TI 高精度实验室系列课程 - 运算放大器 5.1 电子领域我们经常需要表达数值,如 Operational gain 运算放大器的增益. Signal to noise ratio 信号与噪声比.C ...
- 反向放大器为何要使用同相增益（也称作噪声增益），来计算带宽
模拟工程师电路设计指导手册:放大器pdf 的Page 9中,有如下设计 第一个疑问? 明明是反向放大器为何要使用同相增益(也称作噪声增益),来计算带宽,如下面第四步? 反相放大器的控制框图和电路结构如 ...
- 运放-环路控制系统-零点、极点、频宽、波特图、二阶、RC概念
一.环路补偿系统设计 环路补偿设计1.极点和零点概念 环路补偿设计2.系统频宽.相位裕量.增益裕量概念 关于波特图中的0dB和180度的来源 开环传递函数=+∞时,闭环系统=1,这是我们想要的,所 ...
- CMOS模拟集成电路摘要
深度好文,好看不火 第一章 模拟设计简介 一 IC历史 二 基础概念 生产步骤:设计和制造分离 设计方法学 模拟模块 第二章 MOS器件 二 MOS的IV特性 三 小信号模型 四 二级效应 第三章 单 ...
- 环路补偿-一阶、二阶、运放补偿讲解及计算
作为工程师,每天接触的是电源的设计工程师,发现不管是电源的老手,高手,新手,几乎对控制环路的设计一筹莫展,基本上靠实验.靠实验当然是可以的,但出问题时往往无从下手,在这里我想以反激电源为例子(在所有拓 ...
- 零极点是怎么产生的对环路的影响
其实完全可以通过以下简单的观念理解: 但凡是遇到了低通滤波器,那么我们可以认为存在极点. 但凡遇到高通滤波器,那么我们认为存在零点. 所谓的补偿让系统稳定,其实就是通过设计滤波器的方法,控制系统带宽在 ...
最新文章
- bzoj1251: 序列终结者 (splay)
- java map存放班级和姓名_Java 创建一个HashMap对象，并在其中添加学生的姓名和成绩，键为学生姓名，值为学生成绩，使用增强for循环遍历该HashMap，并输出学生成绩。...
- hive substr函数_数据分析工具篇——HQL函数及逻辑
- python数据获取手段包括哪些_python开发应用-本地数据获取方法
- 51nod1584加权约数和
- 织梦cms第四版仿七猫技术导航源码 附安装教程
- 线程Thread类的start()方法和run()方法
- Never Wait for Weights（带权并查集+路径压缩）
- [代码]--GridControl使用技巧总结，更新中...
- php open_basedir
- lspci -tv description
- mysql phpwind_Linux Apache php MySQL GD PHPWind 集成环境配置
- 深度学习之学习（1-1） VGG16网络结构详解
- Oracle--Oracle 11.2.0.1客户端安装
- java 视频截图_获取视频截图
- python文本自动伪原创_给大家分享的6款在线Ai伪原创工具 让你写作更简单
- 【C++初阶：STL简介】
- Java常用英语单词（笔记整理）
- 手机端追剧神器，最新最火电影免费看，非常牛批！
- 机器学习初探：（十）K均值聚类（K-means）以及KNN算法