本帖最后由 nenglee 于 2017-4-28 09:47 编辑
6、注意带宽增益积 这个值很有意思的，我毕业的时候曾经给清华的一个硕士协助他毕业论文实现，里面做到一个机关的声光调制器，因为他那个是一个射频，他们当时是具体技术方面无法实现，我恰好擅长于这方面，于是让我协助他们，它是一个70MHz的一个信号源，要把它70MHz用晶振产生的信号源，信号幅度可能1伏附近，要把它变成一个40伏的一个强信号，去驱动液晶屏之后让液晶屏，形成通和断，黑和亮状态，把这个激光挡出去。那么我当时就是需要把这个1伏峰峰值70MHz的信号放大成40伏峰峰值，我当时想的很简单，无非就用音频电路，因为音频电路频率从20—20KHz，那我选择一个更好的运放，然后再加后边的驱动不就搞定了吗，后来运放我采用了当时音频系统里最好的芯片，或者叫视频运放，型号是AD827的，它的频带达到了50MHz了，没有注意这一点，当时我是做的负放大（反相输入放大），结果示波器一测输入1伏的信号，输出结果比1伏还小一些，当时就傻眼了，那么这个方案就完全被推倒了，后来认识到，芯片手册上写的50MHz其实就表明了放大倍数为1差不多的时候最高频率工作点，那么现在都超过70MHz了，实际工作在70MHz上，超过50MHz了，那么这个放大器就变成缩小器了，肯定不适合了，后来又专门弄了一个30的射频模块。那么从这个事情知道呢，包括很多三极管它写的比如说最大带宽是多少，比如说200MHz的，那你实际使用的时候，要远远小于这200MHz，比如说它写的是200MHz的，你实际使用可能用到20MHz就了不得了，甚至很多时候都10MHz就可以了。比如说我现在一个高频电源，频率大概在1MHz附近（工作频率），那么我现在用了一颗140MHz的运放比较器，那么就远离这个截止频率。频率越高，放大倍数就不能太大，工作频率越低的时候放大倍数就可以大上去，那么他们两个乘积是一个恒定的值。如下图 这是一个LM358的带宽增益积，我们可以看到纵坐标在低频下它的放大倍数可以在110dB，到1M的时候它基本上是0dB了。那么我们dB和放大倍数怎么算呢，就是 dB=20*log(Av) 如果是dB是60，我们通过公式算出放大倍数是60/20=3，也就是10的三次方，也就是1000倍，那么60对应过来的是1KHz，那么1000*1KHz也就是1MHz，所以说带宽乘以积就是1MHz，那么LM358的带宽增益积就是1MHz附近。那么LM358的截止频率也可以理解为1MHz。截止频率其实就是带宽增益积。 7、存在共模放大，尽量用反相输入 因为运放有同相输入和反相输入，那么我们一般用的时候呢，就是同相和反相之间的差作为放大，但实际上呢运放因为存在一些特性，它的共模的时候就是说同相端和反相端同样输入同样的电压，输出这个值也会变的，会导致这个共模放大，所以有个共模抑制比这个指标（CMRR），就是差模放大倍数除以共模放大倍数，之后再取log表征对共模抑制的指标的好坏。 8、存在系统延时，需要补偿 任何一个运放，我们一个信号从输入端到输出端，因为有长度在，光速也就是3*10八次方，那么也就会有时间上的延时，那么再加上有电感, 输入到输出有长度，有长度就是有电感，一般的讲1mm等于1纳恒，那么里边有集成电容等等因素在，这会导致输入的信号跟输出信号不等价，输出信号会落后于输入信号，那么导致反馈回去的信号比原来输入的信号延时了，导致相位延时，这个反馈的时候需要补偿，这个问题我们后面讲。第一幅图的电容就是相位补偿的。 常规的运放电路反相放大中的R3的取值尽量是r1和r2的并联。当然对一些要求不高的（失调），那么R3不要同相输入端直接接地也没关系。R3等于r1和r2并联，等价于我们输入端（同相和反相）偏置电流都保证一致是起这个用处的。对一些很精密的地方需要用到。 同相放大的R3也可以不要。 增益带宽积电压放大，增益一般用dB来表示，电压和电流要乘以20，功率乘以10。功率为什么乘以10呢，因为功率是电压乘以电流的，那么电压和电流两项了，那么自然有个2在里面，所以说它只需要乘以10就可以了。 相位延时这里讲下相位延时引起的问题。运放刚才说了，因为它有脚位，有芯片的长度，里面有电感，里面又有电容，那么就会导致相位延时，我们可以看到这个图随着频率越来愈高，刚开始这一段放大倍数是比较固定的，当频率越来越高，放大倍数会急剧下降，因为增益带宽积是固定的，随着频率越高，增益会大幅度下降，增益在下降的过程中我们可以看到相位其实也在变化，相位从0度向45度和90度变化，原因就是频率高了的时候运放的延时就表现出来了，运放延时表现出来之后，我们从电路上讲要加补偿，如下图 补偿有两种办法 1（左图）、输出端经过一个电容，对信号进行补偿，那为什么并上一个电容呢，Cb的取值一般在10pF—1000pF范围内，因为取大了性质就变了，可能就变成低通滤波或者其它性质，比如说积分，更大就成积分电路了，10pF—10pF小容量的话，目的就是为了相位补偿。为什么电容能够做相位补偿呢，我们可以看到，电容对正弦波来说它的电流超前电压90度，加入说输出端出现一个电压，它其实电流呢超前电压90度了，90度提前了，我们说电阻电压跟电流是同相位的，而我们这里用了电容那么电流超前电压90度，那就把落后的（运放一般最多落后90度）相位通过电容在反馈回路上相位在0—90度内，那这样可以弥补运放引起的落后，利用电容的电流超前电压90度这个特征把相位弥补回去。相当于我提前把信号反馈回去。 2（右图）、C2我输入端，通过电容移相，让电流超前电压90度，弥补到正端去。 那么相位补偿我们通常用在什么地方呢，比如说我们的LM358，加入它的截止频率在1MHz，那么加入我工作在10-20KHz呢，就不需要相位补偿了，根本不需要；那只有到接近极限的时候，比如说在100KHz了，那这个时候就有必要做相位补偿了，因为什么，你频率很高之后，这个驻极越来越短，驻极越来越短之后里面的相位延时就是系统延时引起的相位延时已经足够影响驻期了，比如说达到1/10或者1/5的话，那就有可能进入到极点，因为我们知道我们这个是放大器是工作在反相区域，那输入增高，那输出就变低，属于反相，那么当运放本身又移动90度相位的时候，那就变成270度了，270度就有可能进入到360度，360度我们就是说认为是震荡，自击震荡状态了，很容易进入自击状态上去，假如说负载驱动的是一个容性负载，它会把这个相位进一步拉大，超过270度的话，那么就必然落到360度的自击震荡里边去了，那么导致系统会出现震荡现象。那么为了弥补这个东西我们加了一个电容，用它的电流超前电压90度，去弥补这个相位问题。 那么LM358芯片内部包括很多芯片的芯片内部，实际上都有一定的电容补偿的，那么就是我们刚开课时讲的那个小电容Cc就是这个目的，实际上在第一图的左图电容也是个相位补偿。Cc接在Q5基极，基极点位高，输出也为高，因为是Q5、Q6到输出是同相位的射极跟随，Q5基极可以认为接的是输出端，那它反馈到了Q10的基极，我们来看反相输入端输入高，导致左边通路电流变小，方向输入端为高，导致6uA通路也高，导致Q3、Q4电流变大，于是Q10基极高，导致Q11变高，导致Q12基极变高，导致Q13基极变低，所以说Q10基极高的时候Q5基极变低（反相的），反相输入端跟Q10属于同相位的，而Q10和Q5的基极是同相位的，也就是说内部实现了一个反相的并联的一个电阻，那么内部的电容也可以放在反向输入端和输出端之间，但是一般他们不这么做，都是放在内部的，因为放在外部有个缺点，影响了Q1、Q2的输入阻抗，一般做法都是并在Q5和Q10基极之间，只不过Q10基极和反相输入同相位，Q5基极与输出端同相位。
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