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反馈点接到运放同相端,输出震荡了,电路还是负反馈吗?

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kk的回忆|  楼主 | 2021-4-28 17:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 kk的回忆 于 2021-4-28 21:05 编辑

#申请原创#@21ic小跑堂
最近在选型一款高压侧电流检测芯片,很多芯片厂商都有类似芯片推荐,TI的INA168,ADI家的LTC6101,Maxim的MAX4372。工作原理是将采样电阻的电压转移到运放输入级的电阻Rin,芯片输出端外接下拉电阻Ro,实现增益可调的效果,G=Ro/Rin。
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但是通过对三个芯片的原理图框图分析,发现输出反馈接回输入端的位置不一样。觉得ADI的LTC6101接入的做法才是负反馈,TI的INA168和Maxim的MAX4372是不是原理框图画错了,毕竟反馈接到了运放的同相端,这样子还是负反馈吗?认为这种接法是用了正反馈,工作起来是要振荡的?
对于这个疑问,还去TI的论坛咨询了一番。当然,Datasheet中拼写错误是有的。但这个原理性的错误,在Datasheet上面是不会弄错的,只是我没有弄懂这个工作原理。对电路的实际连接方式没有深入理解的。
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负反馈是有判定方法的,并不是之前机械的记忆,反馈点连接到反相端才是负反馈电路。在这里和坛友一起分享下我的理解过程,其实两种电路都是负反馈的,运放的输出级是接的不同晶体管,TI的INA168输出级接的是NPN三极管,反馈信号是从NPN的集电极反馈到运放的同相端V+,所以NPN三极管的集电极输出相对基级输入(运放的输出)已经有了180°的反相。当运放输出Vo电压降低,Ib就会降低,Ic也会降低,这个时候集电极电压Vc就会增加,运放的同相端电压V+就会增加,这个时候又会使得输出Vo再次增加。
因此,运放输出的降低会导致Vo的再次增加,正是由于这个反相,信号是运放的反相端输入的话,需要将运放同相端作为反馈点。
ADI的LTC6101的芯片的运放输出端是使用PMOS,从PMOS的源级反馈,因此PMOS的源极输出相对栅级输入(运放的输出)是同相位的,要实现负反馈的功能,需要将运放反相端作为反馈点。
两种原理框图连接的电路是不同的,所以反馈点选用也是不一样的。
虽然两种结构都是负反馈,但是实现功能的时候还是有些区别,比如下图两个电压跟随器的设计中,反馈点分别是同相端和反相端,但是图1的输出电压明显受到NPN的BE之间Vbe=0.6V的限制,输入Vin=4V,输出最大电压Vo=Vin-Vbe=3.4V。如果Q1使用MOSFET替代,那么Vgs的控制电压更大,一般Vgs有2V左右,将会导致输出电压更低。所以图1的射级跟随器的设计会导致输出电压达不到要求。

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使用图2的电路设计,输出电压就不受Vbe的影响,输出电压压降就是Vce,即使使用MOSFET,也可以保证输出电压跟随输入电压的。
由于图1的使用输出电压受限到的劣势,TI的芯片也渐渐的不使用这种结构了,在其新的电流检测芯片INA180,INA186就是使用差分输入信号了。
电路看起来不复杂,要是仅仅是单纯记住运放的反馈点是反相端,这样电路就会分析不下去。还是要结合实际电路做分析的。
这个帖子下午发了之后,有坛友私信说即使用PNP的接法,这个电路也是工作不起来的,震荡的厉害。由于仅仅是对芯片的原理框图不理解,才对相关电路进行分析,没有仿真看结果。赶紧仿真看了结果,输出完全是不能看的。这个仿真输出看样子是正反馈震荡吗?之前的分析结果是错误的吗?
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由于对LTSPICE仿真loopgain不熟悉,只能得到闭环增益曲线,对判定系统稳定性没有太多帮助。
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重新使用TINA仿真查看环路的相位余量和增益余量,经过仿真得知,在此电路下根本没有相位余量的,系统肯定不稳定的,所以反馈还是负反馈,但是由于环路余量不够,所以引起震荡的。
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由于对环路稳定性改进水平有限,需要增加零极点来补偿。尝试加了两个电容后,loopgain的相位余量有86°。
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随后使用LTSPICE进行仿真,输出基本跟随输入,有些许过冲,也能符合要求。但是对于INA168,LTC6101等芯片,这些环路稳定性肯定考虑到了,外加电路也不会引起震荡。至于如何才能让系统更稳定,大家可以发表看法来改进的。
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从一个芯片选型,让我更加深入了解负反馈的应用。负反馈书本介绍是说:使输出起到与输入相反的作用,使系统输出与系统目标的误差减小,从而系统趋于稳定。以后电路设计要根据电路特性分析,不能只记一个概念的。这样才能灵活应用电路,得到自己需要的数据。
附件有用到的LTspice和TINA的仿真电路,感兴趣的也可以仿真看看的。




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simulation.zip

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LcwSwust| | 2021-4-29 09:21 | 显示全部楼层
没仔细看,到底谁震荡了?

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kk的回忆|  楼主 | 2021-4-29 10:16 | 显示全部楼层
LcwSwust 发表于 2021-4-29 09:21
没仔细看,到底谁震荡了?

你都没仔细看,我怎么回答啊
电路不加调整,补偿。输出就会振荡的

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gmchen| | 2021-4-29 10:36 | 显示全部楼层
这个帖子竟然放在“十大热门生活帖”中,真不知道那些编辑怎么想的

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LcwSwust| | 2021-4-29 11:44 | 显示全部楼层
kk的回忆 发表于 2021-4-29 10:16
你都没仔细看,我怎么回答啊
电路不加调整,补偿。输出就会振荡的 ...

文字太多,看后面忘了前面,
想问下第一个图MAX4372的典型应用电路振荡吗?

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kk的回忆|  楼主 | 2021-4-29 12:58 | 显示全部楼层
LcwSwust 发表于 2021-4-29 11:44
文字太多,看后面忘了前面,
想问下第一个图MAX4372的典型应用电路振荡吗? ...

芯片不会振荡的,用运放和三极管搭的电路,虽然和芯片的框图原理图是一样的,但是在没有补偿的前提下,就会输出振荡的

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LcwSwust| | 2021-4-29 13:04 | 显示全部楼层
kk的回忆 发表于 2021-4-29 12:58
芯片不会振荡的,用运放和三极管搭的电路,虽然和芯片的框图原理图是一样的,但是在没有补偿的前提下,就 ...

好的谢谢楼主,
被标题吓了一跳。

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kk的回忆|  楼主 | 2021-4-29 13:37 | 显示全部楼层
LcwSwust 发表于 2021-4-29 13:04
好的谢谢楼主,
被标题吓了一跳。

编辑说用个醒目的标题,可以吸引大家看的,哈哈

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06007507| | 2021-4-29 19:13 | 显示全部楼层
BJT内部的寄生参数有一个一个极点,和主运放的极点一起构成了双极点,可能会不稳定。TI好像有一篇文章含专门讲这个电路的。
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kk的回忆|  楼主 | 2021-4-29 20:23 | 显示全部楼层
06007507 发表于 2021-4-29 19:13
BJT内部的寄生参数有一个一个极点,和主运放的极点一起构成了双极点,可能会不稳定。TI好像有一篇文章含专 ...

这个刚去找了下,是TIM Green写的,讲稳定性的
这个帖子本来也不写稳定的,是写输出反馈点的位置
但是有坛友说运放三极管搭的电路根本就不能工作,所以就把后面的内容增加了的
现在基本都是用芯片的

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TT1000| | 2021-5-12 08:57 | 显示全部楼层
好帖子

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