运算放大器自激振荡仿真
前言
理想运放特性:
(1)无限大的增益。****(2)输入阻抗无限大,可看作断路**。(3)等效为零的输出阻抗**,能够带动重负载。
当谈到运放,结合负反馈便有了两个特性。一是虚短,只是正输入端以及负输入端电压严格意义上相等但实际上并非短路。二是虚断,表现出断开的特性,即 1流过电流为零。通过这两个概念,在分析与搭建复杂的系统(如仪表检测)时,为我们提供便利。
项目场景:
采用运算放大器对差分信号进行输出放大和调整幅值,采用AD8067运放进行仿真分析,电路图如下所示:
参照AD8067数据手册可得该芯片的-3 dB带宽:54 MHz (G = +10)
问题描述
仿真结果如下:
从图中可看出输出信号带有高频信号的低频信号,低频是一个为1MHz的外部包络信号;
其内部高频信号频率为:50MHz左右如下所示:
面对这个现象我是一头雾水,明明输入信号只有1MHz,怎么输出信号是这个情况。在我摸不清楚头脑时,我找了师兄帮忙,此处夸一下刘鹏师兄真好!!!。
首先我先把电路分为两部分,分别测试输出信号
输出信号依旧是如上图所示情况。
师兄,让我改变一下运放负反馈支路电阻大小,改大增益,我将其改为10k,增益为10,此时仿真结果如下
此时,输出信号再无高频信号,但是通道B输出信号出现了截至失真现象,这个问题很好找,因为电源电压是5V,小于放大后的输出电压,将电源电压改为12V,输出即可正常,如下图所示:
至此问题已经解决,但是我不知道为什么增益小于10的时候,仿真输出信号自带一个高频振荡信号。为此我查阅资料,了解带,这与运放电路的稳定性有关,AD8067输入端不加信号,测试其输出端是否有信号输出,仿真结果如下:
输出端有一个高频信号输出,频率约为12.5MHz这说明AD8067在增益的负反馈放大电路中存在自激振荡现象。
原因分析:
这与运放电路稳定性分析有关
此时,我认真查看AD8067的数据手册,发现数据手册一开始便注明了,该芯片在增益大于8时性能稳定!
增益小于+10峰化量增加,如图所示:
解决方案:
方法1:
增益小于+7时,可采用AD8065(一款单位增益稳定JFET输入运算放大器,单位增益带宽为145 MHz)
那对于增益小于8的放大电路,AD8067怎么设置呢?数据手册在应用介绍了小增益参考电路。
仿真结果如图所示:
这样就可以解决AD8067在小增益下的自激振荡,本质上通过跨导电阻提高电路的噪声增益!
方法2:
改用别的运放,如AD8065。
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