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[参考译文] 如何检查运算放大器是否处于负反馈状态

Guru**** 2551110 points


请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/721091/how-to-check-an-op-amp-is-in-negative-feedback-or-not

您好!

请问如何检查运算放大器是否处于负反馈状态。

我们曾说过、当输出连接到运算放大器的反相端子时、它在负反馈中运行。

有许多运算放大器电路将输出连接到运算放大器的反相和非反相端子。在这种情况下、我知道如何检查并确保这样做

运算放大器在负反馈下运行。

请参阅随附的图像。

此致

哈里

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    您好 Hari、

    您选择了两个常见的运算放大器电路、它们不仅依赖于负反馈、还依赖于正反馈来提供预期的功能。 第一个是 Sallen-Key 有源滤波器、第二个是 Howland 电流泵。 每个电路的传递函数都很复杂、查看写出的函数可能无法直观地了解两个反馈的发生情况。 在极点-零点位置和实际相位裕度方面、对每个电路的增益-相位响应与频率的详细分析可能更具揭示性。

    重要的一点是、对于两个电路、负反馈必须优先于正反馈、以保持足够的相位并确保稳定性。 如果正反馈占主导地位、电路很可能会振荡。

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    尊敬的 Thomas:
    非常感谢。


    我想知道的是、我有一个任意运算放大器电路、其中输出连接到运算放大器的正负输入端。在本例中、我将检查运算放大器并确保其处于负反馈端。您能否建议一些通用方法、以便我可以应用 任何运算放大器电路。

    此致
    哈里
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    您好 Hari、

    是的、有一种实用而简单的方法来确保电路具有足够的相位裕度来保持稳定。 如果电路稳定且具有良好的瞬态响应特性、则直接指示反馈特性正确且正常工作。

    我们在实验室和仿真中使用的一种方法是使用小信号方波驱动运算放大器电路、并使用宽带 DSO 观察其输出波形。 需要连接目标负载、因为其阻抗特性需要包含在输出响应中。 输入方波被设定为一个电平、这样输出保持小信号并且 不会进入大信号运行。 压摆率限制可以成为一个因素、这将改变结果。

    例如、将一个10或20 mVp-p、100Hz 方波(或适用的频率)施加到电路输入上。 然后、使用 DSO 观察运算放大器电路的输出、并注意波形前沿的过冲以及由过冲引起的任何振铃。

    PG 上的 TI 模拟工程师口袋参考书。 第4版的49个提供了将相位裕度与 过冲百分比相关联的有用图形。 图34和35是用于确定近似相补角的图形。 理想情况下、电路的相位裕度至少为45度、对于大多数应用、您实际上不希望小于30度。

    您可以在此处找到《模拟工程师口袋参考书》:

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    尊敬的 Thomas:

    非常感谢。

    我将以另一种方式重申我的问题。 请 找到所附的 Howland 电流泵图像。

    我删除了运算放大器的符号。

    我的问题是、我需要确定运算放大器的信号、以便系统在负反馈下工作。

    此致

    哈里

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    您好 Hari、

    我不确定不包含运算放大器输入信号的分析是否有意义。 您不会知道输出是反相还是与输入处于同一相位、这对于了解负反馈或正反馈非常重要。

    我在下面展示了传统 Howland 电流泵的传递函数、您将注意到公式中有负号。 这表明已考虑到反馈感。

    我附加了一个 PowerPoint 幻灯片集、该幻灯片集为双反馈系统提供传递函数的推导。 它允许用户确定输入电压的输出电压 、该电压将考虑负反馈因数和正反馈因数引入的影响。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

    e2e.ti.com/.../Dual-Feedback-Beta-Derivation.pptx

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    您好 Hari、

    有关双反馈稳定性分析的完整案例、请参阅随附的 PowerPoint。 幻灯片100至114专门介绍 运算放大器双反馈稳定性分析。

    此稳定性 幻灯片内容由精密放大器应用工程经理 Tim Green 和通用运算放大器应用经理 Collin Wells 编写。     这些幻灯片中介绍了有关运算放大器稳定性问题的大量信息。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

    e2e.ti.com/.../Solving-Op-Amp-Stability-2013-TG_5F00_RevB.pptx

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    尊敬的 Thomas:

    感谢您抽出宝贵的时间、为您提供帮助。

    您能不能在后面的第3页查看随附的文档、并告诉我如何找到图12的运算放大器符号。

    e2e.ti.com/.../Opamp-Sign.pdf

    nptel.ac.in/.../104

    此致

    哈里

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    您好 Hari、

    我必须承认、当我查看您提到的文件时、我对在材料中以呈现方式确定"运算放大器在环路中提供负面反馈的迹象"的目的感到困惑。  基于控制环路理论的传统运算放大器实践可确定运算放大器上的哪个输入会产生负反馈、而该反馈由负符号表示。 当然、反馈电路中可能存在足够的相位延迟、从而使反馈不再是负的并且变为正、从而导致不稳定。 但至少可以使用前面建立的反相或同相输入的增益相位图来全面分析这一点。

    图中的问题 12是一 个看起来不完整的学术练习。 没有任何输入电压(Vi)或电流(II)源、只有 Vo;因此 、不清楚 该特定电路的功能是什么以及应该做什么。 您将注意到、本文中的所有其他图都具有输入源和预期的输出电压或电流。 我认为、当不知道电路应该具有什么功能时、尝试确定运算放大器输入上的符号并不是一种很好的时间利用。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    尊敬的 Thomas:

    非常感谢。
    我是否可以知道如何确定图10的符号

    此致
    哈里
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    您好 Hari、

    实际上、作者为第4页和第5页的图10所示的电路提供了解决方案:

    "在图(10)中、有两个运算放大器。 首先、我们必须确定一个运算放大器的信号、假设所有其他运算放大器都是理想的。 假设运算放大器(1)为理想值、则:

    Vid1 =−Vo1 (R3 R4)[R1/(R1+R2)]

    我们将其连接到正极端子。 现在我们知道运算放大器(1)的迹象。 为了降低运算放大器(2)的信号、

    Vo1 = Ao (VO2)[ R1 / (R1+R2)]

    VID、2 = Vo1 [R3 /(R3+R4)]+ VO2 [R3 / (R3+R4)]

    我们将其连接到运算放大器的负极端子(2)。"

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    尊敬的 Thomas:
    非常感谢。
    请您重新校准上述方程式。 I Vid1是第一个运算放大器输入之间的差分电压。
    请告诉我您是如何获得 Vid1的值的。
    此致
    哈里
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    您好 Hari、

    我们知道、为了使电路保持稳定、A1的反馈需要为负。 A1的输出 表示为:

    Vid1 =−Vo1 (R3 R4)[ R1 / (R1+R2)]

    Vo1 设置 为负、以便 A1以负反馈运行、因此在公式中显示为-Vo1。  必须设置运算放大器上的符号、以便 A1求和节点接收来自环路的负反馈。 然后将 A1输出 Vo1应用于 A2输入端电路中的 R4节点。 A2的电压增益是 R3/R4的比值、这是上面公式中的第二项。 Vo1被该比率放大、 该比率产生 VO2电压电平。 公式中的最后一项是 [ R1 /(R1 +R2)]。 VO2被 该比率除 以、该电压是施加到 A1输入的 Vid1差分电压。

    A1设置为同相输入作为求和节点、或反相输入。 它将输入电压 VI 与出现在 R1、R2结上的反馈电压相加。  本文中的图11 显示  了满足 A1、A2环路周围负反馈条件所需的运算放大器输入信号。  

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    尊敬的 Thomas:
    非常感谢。
    如果您不介意、请在电路图的帮助下解释上述推导。
    我是否可以知道 A1为什么需要处于负反馈状态。
    此致
    哈里
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    您好 Hari、

    我似乎没有就  您的负面反馈问题进行有效沟通。  您可能会从一些在线资源中获益更多、并提高您的理解、这些资源非常好地解释了负面和正面反馈的概念。

      电子教程网站上提供了一个我认为有关反馈主题特别有用的资源。 您可以在此处找到链接:

    这是第4节、但也请务必查看第5节。 它以第4节为基础、介绍了负反馈系统。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程  

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    尊敬的 Thomas:
    我从来都不是说你的解释不清楚,如果我方面有任何问题,请原谅。 我是一个普通人、这就是为什么要花时间来理解。我将在这个周末来理解这个问题、并将会返回给您。
    此致
    哈里
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    尊敬的 Thomas:

    非常感谢。我在您的材料的支持下分析了该问题。

    请您检查随附的文档、告诉我我的方法是否错误。

    e2e.ti.com/.../Sign.pdf

    此致

    哈里

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    您好 Hari、

    我很高兴看到您正在分析电路。 这是了解和理解它工作原理的最佳方法。

    您编写的两个公式是正确的、不同之处在于每个公式中的 A2闭环增益项应为 R3/R4、而不是 R3/R4。 我认为当你仔细看它们时、这一点很明显。

    关于您的陈述、"要使负面反馈存在环路周围的相移、必须为180。 "这不是完全正确的。 想象一下作为简单反相放大器连接的运算放大器。 在直流和极低频率下、输出电压沿施加到输入电阻器输入点的电压的相反方向移动。 输出与输入真正呈180度异相。 然而、随着我们增加输入频率、放大器的主极点响应会引入相移、随着频率的进一步增加、相移会增加。

    在显性极点频率(-3dB)下、运算放大器的主极点会增加45度的相移、该相移会增加到180度。 这会导致输入信号与反馈到反相输入(求和节点)的电压之间产生225度的相移。 最终、在主极点频率大约为原来的180度时、总共增加了90度的相移、总共增加了270度。 请记住、反馈仍然为负。 如果从360度减去270度、则相位裕度为90度。

    如果将另一个极点添加到反馈环路中、它也会产生相移。 当开环输出电阻(Zo)与外部输出负载电容器一起产生或由反馈电阻与运算放大器输入电容共同产生时、可能会发生这种情况。 如果附加极点在足够低的频率下产生额外的90度相移、而运算放大器仍具有开环增益(AOL)、则我们具有原始输入来输出180度相移、与运算放大器主极点相差90度、 与第二个极点的90度或180 + 90 + 90 = 360度。 在本例中、相补角已变为0度。

    300、60度的相移意味着反馈信号现在与输入信号完全同相。 这是正反馈条件。

    因此、只要总相移保持在360度以下、反馈仍然为负。 通常、我们喜欢设计一个运算放大器电路、使相位裕度至少为45度。

    这些概念包含在先前响应的稳定性分析 Excel 文件中。

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程