[参考译文] JFE150：环路分析

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Other Parts Discussed in Thread: OPA202, JFE150EVM

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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1416138/jfe150-loop-analysis

器件型号：JFE150
Thread 中讨论的其他器件：OPA202、

工具与软件：

我正在学习 slpa018应用手册、我有一些关于文章、

问题1：H

上面的 GM 与频率的曲线看起来像是 TINA 的仿真结果、不是真？如果是、如何在 TINA 中像这样模拟 GM？如 I konw 所示,GM 曲线是 FET,在 Virtuoso 或 else 中模拟

图2-5. 环路参数(dB)与频率(Hz)间的关系

问题2：

为什么 A 到 B 的斜率为20dB/解码？可能是因为从 A 到 B 的频率、RD 和 CD 会形成一个高通滤波器。电容器 CD 可视为值大于 RD 的电阻器、ID 主要流入 RD 以产生电压(当然是小信号)、CD 的阻抗随频率增加而降低、从而形成 OPA202反相放大器配置。在高于 B 的频率下、CD 与 RD 相比短路、因此 RD 接地且不产生影响、ID 流经 R1产生 OPA202的输出。是真的吗?

但为什么 C 的斜率为-20dB/十进制？我想 R1和 C1可能相互作用一个极点,但1/(2*PI*R1*C1)约为16kHz,事实上,C 频率是2.95kHz,所以我感到困惑。如何计算点 C 频率?

4 个月前

0 admin 4 个月前

TI__Guru**** 1839620 points

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尊敬的 Yang：

感谢您阅读我的应用手册！要模拟 GM、您可以使用下面的模拟。我已经将我的仿真连接到这篇文章的底部。

用于仿真 gm 的电路如下所示。恒流源用于强制实现所需的 Ids 电流。一个1TF 电容器连接到 JFET 的源极、使得源极在频率下接地。这可以确保 Vgs 的调制。鉴于电流源具有理想的无限电阻、我们希望确保在频率下绕过该电阻、以便将源保持在交流接地。否则、该电路用作源极跟随器。在漏极处添加一个1TF 电容器、这样在频率上所有交流漏极电流都流经 C3。增加了一个电流表来测量 gm。 2mA 直流电流流经 RD = 4K。 RD 确保达到所需的 VDS 电压。可以根据需要调整直流参数、以确定不同的 gm 值。

gm 的单位为分贝、因此我转换为 ms。所示。

为什么从 A 到 B 每十进制有20dB? 可能是因为从 A 到 B 的频率、RD 和 CD 会形成一个高通滤波器。电容器 CD 可视为值大于 RD 的电阻器、ID 主要流入 RD 以产生电压(当然是小信号)、CD 的阻抗随频率增加而降低、从而形成 OPA202反相放大器配置。在高于 B 的频率下、CD 与 RD 相比短路、因此 RD 接地且不产生影响、ID 流经 R1产生 OPA202的输出。是真的吗？

是的、这是正确的。

[报价 userid="617006" url="~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1416138/jfe150-loop-analysis ]但为什么 C 有-20 dB/十进制？我想 R1和 C1可能相互作用一个极点,但1/(2*PI*R1*C1)约为16kHz,事实上,C 频率是2.95kHz,所以我感到困惑。如何计算点 C 频率?[/报价]

这有点复杂。但是、我很欣赏这个问题、因为它使我能够更深入地思考电路。我只是在看这个,我会尽我最大的努力来解释。 JFET 的输出阻抗在此发挥着作用。可以根据 IDS 与 VDS 的关系曲线来近似计算 JFET 的 ro。电路在 IDS 的2mA 处偏置。这意味着 Vgs 约为-0.7V (请参阅产品数据表中的图6-1)。观察下面的曲线、我们可以估算曲线的斜率以确定1/ADC ro。 1/V ro 是曲线的斜率。我们可以翻转斜率计算以确定 ro。

ro = 25/(1.6*10^-3)= 15.625k

我现在可以为电路的 OPA202跨阻部分创建一个简化模型、用于分析复合电路的前馈增益。 I 短接电容器 CD、因为它是10uF、并且短接了我们感兴趣的频率。正如您提到的、它与 RD 一起形成高通滤波器部分。您可以将其放入仿真以查看。下面您可以看到该简化模型提供的转角频率为2.6kHz。这非常接近我从应用手册的全复合电路获得的2.94kHz 转角频率(参阅下面的)。确切地说、我们必须确切知道 ro。小的差异出现了,因为我倒倒在了数字从情节。我把它说得够近了。

e2e.ti.com/.../Understand-upper-corner-frequency-in-A.TSCe2e.ti.com/.../JFE150-gm-_2800_1_2900_-_2800_1_2900_.TSC

希望这些信息对您有所帮助。

此致、

Chris Featherstone

0 admin 4 个月前

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尊敬的 Yang：

来跟进我上一篇文章。为了更精确一些、我应该将 RD 电阻器偏置到12V 电源而不是6。请参阅下面的修改。这使简化的跨阻模型更加接近我们的需求。

e2e.ti.com/.../8623.Understand-upper-corner-frequency-in-A.TSC

此致、

Chris Featherstone

0 admin 4 个月前

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尊敬的 Yang：

为了更加准确(尽管更复杂)、您可以使用我手写的 JFE150EVM 说明中的双端口网络方法。这些注释是我几年前分析此电路时的第一个开始。第3页是两个端口的计算结果。基本上、我将 β 网络分解为悬挂 OPA202源极节点和输出端的等效阻抗、以形成前馈电路。这仍然不完美、我在仿真中可能忽略了一些细微差别。这确实使我们非常接近应用手册中 A 曲线的复合电路频率。我现在得到的是应用手册中的3kHz、而不是2.94kHz。可在这篇文章的底部找到 Tina sim。

请参阅这些注释中的第3页

e2e.ti.com/.../Two-Port-Network-_2800_2_2900_.pdf

单击下图以获得更高的分辨率

e2e.ti.com/.../Understand-upper-corner-frequency-in-A-Two-Port-Model.TSC

如果您对我的 Matlab 代码感兴趣、就在这里、可以对其进行调整以适应您使用的任何电路配置。

MATLAB 代码：

S = tf ('S')；
RS1 = 100；
RS2 = 10；
Csource = 100*10^(-6);
Rf = 1000；

%本部分涉及 Beta 新闻。如果 Aol 是非常大的、则
闭环增益%约为1/β
zs = RS2 + 1/(s*Csource)；%此值有效
%波特(Z)

Zsprime = RS1*ZS /(RS1 + ZS)；

OneOverBeta =(1+RF/Zsprime)%This is 1/beta fix this is sense it.(OneOverBeta =(1+RF/Zsprime)%This is 1/beta 修复、因此它是有道理的。

BETA = Zsprime/(Zsprime+RF)

%ACL = 1/Beta；

%波特(ACL)

%这是额外的代码
%B =(960*(s+100)/(106*(s+9.434))/((960*(s+100))/(106*(s+9.434))+10000)；
%BODE (1/B)；
%This is the end of extra code

%此部分涉及的是我们将称为 AOL 的增益电路
%的电路。

ZC10=1/(s*500E-12);
R10 = 1E6；
RD = 4E3；
ZCD = 1/(s*100E-6)；
ZCG = 1/(s*100E-6)；
GM = 10E-3；
R1 = Zsprime*RF/(Zsprime+RF);
R2 = RF + Zsprime；
RG = 1E6；

运算放大器周围的反馈分量百分比

Z10 = ZC10*R10/(ZC10+R10)；

% Rg 与 R1 +1/gm 并联
R1prime = r1 +1/gm；

Rin = R1prime * Rg/(R1prime + RG)；

% RD 和 CD 并行

Zd = RD*ZCD/(RD+ZCD)；

Aol = Rin*ZD/(R1prime *(Rin + ZCG))* Z10/ZCD

OPT = bodeoptions
opts.Title.FontSize = 14；
选项。频率单位='kHz'
opts.Title.String ='JFE150EVM 波特图
选项。 XLIM =([0.001 10E6])
选项。 Ylim =([0 80])
BODE (AOL、OPT)
稍等
BODE (OneOverBeta、选项)

稍等
ACL = Aol/(1+Aol*Beta)
BODE (ACL、选项)

稍等

%h = GCR
%setoptions (h、'FreqUnits'、'Hz')
%h.AxsGrid ='开'
%xlim ([0 10E6])
%ylim ([0 60])

此致、

Chris Featherstone

0 admin 4 个月前

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Chris、您好！

我发现了您提供的电路的一些其他特性。我不确定它们是否正确。

I RESET C1至100pF、1nF、10nF 并找到相应的-3dB 频率为1.08kHz、161.5Hz、24.14Hz。

如果我使用下面的电路来执行相同的仿真、请将 C1复位为100pF、1nF、10nF、并发现相应的-3dB 频率为1.59kHz、158.1Hz、15.88Hz。

我怀疑 OPA202有一个50pF 的输入电容器、该电容器添加到 C1 = 10pF 中形成60pF、并与 R1 = 1MEG 相互作用、从而具有1/(2*PI*60pF*1MEG)= 2.65kHz 极点。为了遵循该规范、我将 C1复位为50pF、并发现-3dB 频率为1.59kHz。当 C1为1nF 或更大时、OPA202的输入电容器对-3dB 频率几乎没有影响。我不知道,如果你不同意的话,我会找你的专家来评论的。

我想知道的是、是否有方法可以分析电路的-3dB 频率、公式包括 R1、C1、ro、RD 等实际上、如果两个端子的电压恒定为6V、那么我怀疑 ro 和 RD 是否在-3dB 频率下有不足。我将在不同情况下进行仿真。

我会仔细看你的帖子,并及时咨询你。我希望这不会打扰您的时间。

此致、

Yang Fan

0 admin 4 个月前

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尊敬的 Yang：

该电路非常复杂、有两个环路。您可以使用无源器件来降低频率转角、但您将无法仅使用无源器件扩展前馈增益曲线中的-3dB 频率。为了扩展频率、您必须选择一个速度更高的放大器。我将在下面尝试解释这一推理。

在我的应用手册中、我将前馈增益 A 称为前馈增益 A。A 是 JFET 增益与 OPA202的组合。电路中还有一个环路、我在电路内部没有损坏。第二个环路仅围绕 OPA202。下面、我断开了此环路、以演示导致在3kHz 附近出现此转角的原因。您可以看到 OPA202具有自己的随频率降低的 AOL。当 AOL 和1/β 相遇时、大约在3kHz 至4kHz 处有一个-3dB 点。这由 OPA202本身和 OPA202内部的米勒电容控制。为了扩展频率、可以选择速度更高的运算放大器。该环路的 β 网络由1M 电阻和10pF 电容构成。这两个分量在15.9kHz 处形成一个极点、如下面的1/β 曲线所示。您可以拉入这个角。没有为 A 曲线中的角提供计算。不过、我希望这将澄清究竟是什么造成了这一点。

这是此分析的 Tina 仿真。

e2e.ti.com/.../Second-Loop-Break-Analysis.TSC

此致、

Chris Featherstone

0 admin 4 个月前

TI__Guru**** 1839620 points

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Chris、您好！

我研究过您的两个端口 network.pdf 和 MATLAB 代码、它的推导过程非常好、而且非常详细。老实说,我不想了。我试着通过几个问题来解释我的困惑。

您解释了为何在最后一篇文章中的 C 下方曲线有一个转角、这是围绕 OPA202的环路。 OPA202的 AOL 曲线与 OPA202环路中的1/beta 曲线相集成、最终形成拐角 C

现在有一个问题,在 opa202的循环中,acl = Aol /(1+Aol*beta )= Vo/VFB/(1+Vo ),如上所示的 ACL 曲线,如果它是正确的,我不能 konw 吗? ACL 是 Vfb 到 Vo 的接近传递函数、因此 ACL = AOL /(1+Aol*beta)=Vo/VFB/(1+Vo) 曲线应与下面电路中的 Vout/VF1相同？但仿真结果表明、Vout/VF1与 opa202'loop 的 ACL 不同。出什么问题了吗？

除了 Aol = Vout/Vfb 在下面的电路中有边角 B、它是用1/(2*pi*RD*cd)计算的、我很好奇的是、我能通过读取 VF1/Vfb (事实上没有)曲线中的转角频率或者其他一些电压传递曲线中的转角频率、因为边角 B 是由 RD 和 CD 构成的、所以我认为它不仅出现在 Aol=Vout/Vfb 中。您能告诉我它是否存在吗？

在您的双端口 network.pdf 中、将显示详细的推导、其中提供了 VIN 至 vo 传递函数的公式。相应的电路如下所示。

Aol = Vo/VIN、β= VfB/Vo、1/β= Vo/VFB、Acl = Aol/(1+Aol*β)= Vo/Vin/(1+VfB/Vo)。仿真结果与 slpa018.pdf 初始环路分析的图2.5相同、但差异很小。此外、MATLAB 代码计算的结果是 AOL、1/beta、acl 等式、它们是两个端口 network.pdf 的推导结果。我根据上面的 circuti 修改代码中的参数、下面显示的 MATLAB 代码结果、 AOL 曲线的平坦区域与上面的结果相同。但转角频率不同。我不知道原因。

清除；
S = tf ('S')；
RS1 = 280；
RS2 = 10；
Csource = 1000*10^(-6);
RF =10E3；

%本部分涉及 Beta 新闻。如果 Aol 是非常大的、则
闭环增益%约为1/β
zs = RS2 + 1/(s*Csource)；%此值有效
%波特(Z)

Zsprime = RS1*ZS /(RS1 + ZS)；

OneOverBeta =(1+RF/Zsprime)%This is 1/beta fix this is sense it.(OneOverBeta =(1+RF/Zsprime)%This is 1/beta 修复、因此它是有道理的。

BETA = Zsprime/(Zsprime+RF)

%ACL = 1/Beta；

%波特(ACL)

%这是额外的代码
%B =(960*(s+100)/(106*(s+9.434))/((960*(s+100))/(106*(s+9.434))+10000)；
%BODE (1/B)；
%This is the end of extra code

%此部分涉及的是我们将称为 AOL 的增益电路
%的电路。
R10 = 1E6；
RD = 4E3；
CD = 10E-6;
CG = 10E-6;
RG = 1E6；
C10 = 10E-12;
GM = 15.7E-3；
ZC10 = 1/(s*c10)；
ZCD = 1/(s*cd);
ZCG = 1/(s*cg)；
R1 = Zsprime*RF/(Zsprime+RF);
R2 = RF + Zsprime；

运算放大器周围的反馈分量百分比

Z10 = ZC10*R10/(ZC10+R10)；

% Rg 与 R1 +1/gm 并联
R1prime = r1 +1/gm；

Rin = R1prime * Rg/(R1prime + RG)；

% RD 和 CD 并行

Zd = RD*ZCD/(RD+ZCD)；

Aol = Rin*ZD/(R1prime *(Rin + ZCG))* Z10/ZCD

OPT = bodeoptions
opts.Title.FontSize = 14；
选项。频率单位='kHz'
opts.Title.String ='JFE150EVM 波特图
选项。 XLIM =([0.001 10E6])
选项。 Ylim =([0 120])
BODE (AOL、OPT)
稍等
BODE (OneOverBeta、选项)

稍等
ACL = Aol/(1+Aol*Beta)
BODE (ACL、选项)

稍等

%h = GCR
%setoptions (h、'FreqUnits'、'Hz')
%h.AxsGrid ='开'
%xlim ([0 10E6])
%ylim ([0 60])

此致、

Yang Fan

0 admin 4 个月前

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Chris、您好！

我想了解电容器发挥什么作用？似乎它不会影响 opa202环路的稳定性。如何正确选择它的值？

此致、

Yang Fan

0 admin 4 个月前

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尊敬的 Yang：

OPA202周围的电容器当前没有任何作用、因为转角频率位于1/beta 曲线中并且位于米勒电容创建的 OPA202 AOL 转角之后。我将其放在应用手册中、并将电路的 EVM 用作占位符。如果我使用高速放大器、则可能需要电容器来实现稳定性。您可以看到下面我在 EVM 上放置了许多选项。我当时是并行创建 EVM 和应用手册的时候、这里为我提供了大量选项来修改和进行测量、进而了解电路。

下面是指向评估模块的链接：

https://www.ti.com/tool/JFE150EVM#tech-docs

这是 EVM 的测量与仿真曲线。

我需要一些时间来看看上面的问题。

此致、
Chris Featherstone

0 admin 4 个月前

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Chris、您好！

感谢您的解释、这有助于我了解电路环路。

此致、

Yang Fan

放大器（参考译文帖）

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[参考译文] JFE150：环路分析