[电路/定理] 两级放大器,用来放大100kHz的方波信号1000倍,方波失真

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 楼主 | 2019-8-27 20:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 talorz 于 2019-8-27 20:32 编辑

1566889992_499076.png
说明:
(1)输入信号为100KHz的方波信号,其中第一级放大50倍,第二级放大20倍
(2)运放采用AD797超低噪声放大器,100KHz时,噪声仅有1nv/hz,增益带宽积为110MHz
(3)第一级的C44 和 R16 构成高通滤波器,设计的高通滤波器通带截止频率为 1 KHz,第二级构成二阶巴特沃斯低通滤波器,截止频率为3MHz
(4)C41是手册中建议增加的使输出平坦的电容,会不会是这个电容有问题?

现象:
(1)测试第一级放大器时,输入信号幅度为25mvpp时,出现如下失真

(2)输入信号幅度为7mvpp时,第一级运放则输出类似三角波的失真波形

(3)输入信号幅度为5mvpp时,第二级输出为类三角波

求帮忙分析,求解决方法~~~~
1566891273_617314.jpg
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| 2019-8-27 20:39 | 显示全部楼层
Slew Rate of Amplifier ?

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| 2019-8-27 20:47 | 显示全部楼层
先把C41、C48掰掉。

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 楼主 | 2019-8-27 20:48 | 显示全部楼层
R2D2 发表于 2019-8-27 20:39
Slew Rate of Amplifier ?

供电是+-15V时,Slew rate是20v/us,没有给出+-5v

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| 2019-8-27 20:55 | 显示全部楼层
G=10,Bw(-3dB)=8MHz
你现在G=50,Bw(-3dB)=1.6MHz
加上C41,你第一级的带宽惨不忍睹。

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 楼主 | 2019-8-27 21:30 | 显示全部楼层
R2D2 发表于 2019-8-27 20:55
G=10,Bw(-3dB)=8MHz
你现在G=50,Bw(-3dB)=1.6MHz
加上C41,你第一级的带宽惨不忍睹。 ...

我把C41和C48去掉了,但第一级的波形还是一样的。。。。。,而且随着输入信号幅度变小(小于10mvpp后,就变成三角波的样子)
IMG_20190827_211059.jpg

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 楼主 | 2019-8-27 21:31 | 显示全部楼层
talorz 发表于 2019-8-27 21:30
我把C41和C48去掉了,但第一级的波形还是一样的。。。。。,而且随着输入信号幅度变小(小于10mvpp后,就 ...

请问要一个好看的方波,要保留多少次谐波才好

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| 2019-8-27 21:38 | 显示全部楼层
talorz 发表于 2019-8-27 21:30
我把C41和C48去掉了,但第一级的波形还是一样的。。。。。,而且随着输入信号幅度变小(小于10mvpp后,就 ...

从790mV变到了1.69V,这是个大大的进步。

想要进一步,把8脚的Cn接上。

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 楼主 | 2019-8-27 21:50 | 显示全部楼层
R2D2 发表于 2019-8-27 21:38
从790mV变到了1.69V,这是个大大的进步。

想要进一步,把8脚的Cn接上。

其实输出1.69v是输入60mv的情况,因为从20mv一直增大波形都是这样,所以我随便拍了一张,实际的增益还是不变

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| 2019-8-27 22:19 | 显示全部楼层
talorz 发表于 2019-8-27 21:50
其实输出1.69v是输入60mv的情况,因为从20mv一直增大波形都是这样,所以我随便拍了一张,实际的增益还是 ...

这就奇怪了,如果输出能跟着输入变化,那就是小信号参数抑制了输出能力,典型参数就是GBP。

输入增大,输出不变,显然是运放的大信号能力不行了。典型参数是SR,但是你现在距离标称的SR还很远怎么就出了这个状况我已经理解不能了。

小信号是指运放内部元件还在线性状态,只是内部元件本身特性导致跟随的幅度变小。大信号指的是运放内部元件已经进入到非线性状态。打个比方,输入摆腿,输出同步跟着摆腿,输入摆的越快,输出同步摆动幅度变小,这是小信号特性,输入摆腿,输出过了一段时间才跟着摆腿,这就是大信号特性抑制了输出。

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 楼主 | 2019-8-27 22:31 | 显示全部楼层
R2D2 发表于 2019-8-27 22:19
这就奇怪了,如果输出能跟着输入变化,那就是小信号参数抑制了输出能力,典型参数就是GBP。

输入增大, ...

抱歉,可能我描述的不够明确,第一级运放,输入增大,输出也增大,输入信号幅度从20mv开始增大,输出也跟着增大,只是他们的波形的形状是一样,都产生了失真,更像是一种相位失真

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| 2019-8-27 22:32 | 显示全部楼层
talorz 发表于 2019-8-27 22:31
抱歉,可能我描述的不够明确,第一级运放,输入增大,输出也增大,输入信号幅度从20mv开始增大,输出也跟 ...

那就加上Cn,对你来说很难吗?

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R2D2 2019-8-27 22:45 回复TA
@talorz :拿拆下来的30pF顶一下。 
talorz 2019-8-27 22:42 回复TA
不是很难,没有找到50pf电容,我去试一下。。。。 
| 2019-8-27 23:32 | 显示全部楼层
第二级不要低通滤波,所有影响频率的电容都摘掉。SR低了硬不起來。

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| 2019-8-28 20:46 | 显示全部楼层
反馈电阻选的太小了

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 楼主 | 2019-8-29 09:26 | 显示全部楼层
R2D2 发表于 2019-8-27 22:32
那就加上Cn,对你来说很难吗?

8脚加上47pf的电容的波形,输入信号为60mvpp,输出为2.33vpp,之前没加是1.8vpp左右
加入8脚Cn电容.jpg

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| 2019-8-29 09:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 YDCMAN 于 2019-8-29 10:00 编辑

带去掉R18测第一级运放是否失真?带宽和增益成反比,一比一放大看看失真与否?同相端阻抗匹配,选的阻值是否准确

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 楼主 | 2019-8-29 09:57 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2019-8-27 23:32
第二级不要低通滤波,所有影响频率的电容都摘掉。SR低了硬不起來。

嗯,我把后级的低通滤波也去掉了,去掉C48时波形如下
去掉C48和C52时,波形如下

去除c48、c52.jpg
1566890891_65513.jpg

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| 2019-8-29 11:23 | 显示全部楼层
高增益的放大器,要注意输入端屏蔽

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 楼主 | 2019-8-29 22:11 | 显示全部楼层
YDCMAN 发表于 2019-8-29 09:52
带去掉R18测第一级运放是否失真?带宽和增益成反比,一比一放大看看失真与否?同相端阻抗匹配,选的阻值是否 ...

前提:输入方波幅度为190mvpp
我将第一级的增益改为4倍,此时第一级的输出波形如下图,增益约为3倍,此波形未与第二级隔离

第一级增益为4,第二级增益为20,此时第二级输出波形如下图,输出峰峰值为4.58v,但理论上,此级波形应该达到饱和,到达7vpp以上,增益下降了

将R18去掉,隔离第二级的输出如下图,输出增益大概为4

这样看,似乎确实是运放带宽不够,或者是后级的低通滤波限制了方波的一些谐波通过
由于是PCB贴片,暂时还未测试第一级输出为50倍,同时隔离第二级的第一级输出的波形,我明天把图贴上
第一级增益3-4,与第二级隔离的第一级输出.jpg
第一级增益为3-4,第二级输出 - 副本.jpg
第一级增益为3-4,第一级输出.jpg

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 楼主 | 2019-8-29 22:17 | 显示全部楼层
st.you 发表于 2019-8-29 11:23
高增益的放大器,要注意输入端屏蔽

是指输入输出采用同轴电缆,然后做好阻抗匹配吗,其实我这个二级放大模块是运用在一个系统板上,后级还有AD模块和FPGA模块,不知影响大不大,系统板上还有电源模块5v转3.3v,1.2v,2.5v,-5v,运放供电正负5v,总供电输入是DC-5v,2A。我在想是否有必要将该放大模块单独制作成一块板

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