题外话:用运放构成电压跟随器的电路,传统教科书仅就是简单的把输出与反相输入端连接起来
完事儿(如图一),而实际电路要复杂的多,稳定性问题不可忽视！本文就是在一家日本IC厂家网站上找到的,希望对实际应用有一点帮助。
(
电压跟随器,顾名思义,就就是输出电压与输入电压就是相同的,就就是说,电压跟随器的电压放大
倍数恒小于且接近1。
电压跟随器的显著特点就就是,输入阻抗高,而输出阻抗低,一般来说,输入阻抗要达到几兆欧姆就
是很容易做到的。
输出阻抗低,通常可以到几欧姆,甚至更低。
在电路中,电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。
因为,电压放大器的输出阻抗一般比较高,通常在几千欧到几十千欧,如果后级的输入阻抗比较小,那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电
阻中。
在这个时候,就需要电压跟随器来从中进行缓冲。
起到承上启下的作用。
应用电压跟随器
的另外一个好处就就是,提高了输入阻抗,这样,输入电容的容量可以大幅度减小,为应用高品质的
电容提供了前提保证。
电压跟随器的另外一个作用就就是隔离,在HI-FI电路中,关于负反馈的争议已经很久了,其实,如果真的没有负反馈的作用,相信绝大多数的放大电路就是不能很好的工作的。
但就是由于引入了
大环路负反馈电路,扬声器的反电动势就会通过反馈电路,与输入信号叠加。
造成音质模糊,清晰度下降,所以,有一部分功放的末级采用了无大环路负反馈的电路,试图通过断开负反馈回路来消除
大环路负反馈的带来的弊端。
但就是,由于放大器的末级的工作电流变化很大,其失真度很难保证。
)
图一
Q、用电压跟随器使运算放大器保持稳定,须注意哪些问题？
A:对于采用负反馈的放大电路,如何减少振荡以保持稳定,目前尚无定论。
电压跟随器也不例外。
(Fig1、)
运算放大器理想的运行状态就是输出电压与输入电压为同相,即,当负输入端的
印加电压引起输出增大时,运算放大器能够相应地使增加的电压降低。
不过,运算放大器的输入端与输出端的相位总有差异。
当输出与输出之间的相位相差180°时,负输入与正输入正好相同,原本应该减少的输出却得到了增强。
(成为正反溃的状态。
)如果在特定频段陷入这一状态,并且仍然保持原有振幅,那么该输出频率与振荡状态将一直持续下去。
FIg1、电压跟随器与反馈环路
2、输入输出端出现相位差的主要原因
其原因大致可分为两种:
1,由于运算放大器固有的特性
2,由于运算放大器以外的反馈环路的特性
2、1、运算放大器的特性
Fig2a 及Fig2b分别代表性地反映了
运算放大器的电压增益—频率特性
与相位—频率特性。
数据手册中也有
这两张曲线图。
如图所示,运算放大器的电压增益与
相位随频率变化。
运算放大器的增益
与反馈后的增益(使用电压跟随器时
为0dB)之差,即为反馈环路绕行一周
的增益(反馈增益)。
如果反馈增益不
足1倍(0dB),那么,即使相位变化
180o,回到正反馈状态,负增益也将
在电路中逐渐衰减,理论上不会引起
震荡。
反而言之,当相位变化180o后,如频
率对应的环路增益为1倍,则将维持
原有振幅;如频率对应的环路增益为
大于1倍时,振幅将逐渐发散。
在多
数情况下,在振幅发散过程中,受最
大输出电压等非线性要素的影响,振
幅受到限制,将维持震荡状态。
为此,当环路增益为0dB时的频率所
对应的相位与180o之间的差就是判
断负反馈环路稳定性的重要因素,该
参数称为相位裕度。
(Fig2b、)
如没有特别说明,单个放大器作为电
压跟随器时,要保持足够相位裕度
的。
注:数据手册注明「建议使用6ｄB以上的增益」的放大器,不可用作电压跟随器。
2、2、运算放大器周边电路对反
馈环路的影响
在实际应用中,构成电压跟随器
并非象Fig1、那样简单地将输入
端与输出端直接连接在一起。
至
少输出端就是与某个负载连接在
一起的。
因此,必须考虑到该负载
对放大器的影响。
例如,如Fig3、所示,输出端与接
地之间接电容时,这一容量与运
算放大器的输出电阻构成的常数
造成相位滞后。
(Fig2b、所示之状态可能变化为
Fig2c所示之状态)这时,环路增
益在输出电阻与C的作用下降低。
同时,相位与增益之间不再有比
例关系,相位滞后成为决定性因
素,使反馈环路失去稳定,最糟糕
时可能导致震荡。
单纯地在输出
端与接地之间连接电容,构成电
压跟随器时,每种运算放大器之
间的稳定性存在差异。
Fig4、为输入端需要保护电阻的
运算放大器可能发生的问题。
为解决Fig3、出现的问题,可采用
Fig5、(a)、(b)所示之方法。
(a)
图中插入R,消除因CL而产生的反
馈环路相位滞后。
(在高频区,R作
为运算放大器的负荷取代了CL而
显现出来。
) (b)则用C1来消除
CL造成的相位滞后。
为解决Fig4、的问题,则可在输入
保护电阻上并联一个尺寸适当的
电容。
一般被叫做“输入电容取
消值”的近似值约为10pF～
100pF。