采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

发布时间:2022-11-11 阅读量:1374 来源: 我爱方案网整理 发布人: Aurora

振铃在运算放大电路中是经常出现的问题,因为参数的问题或者PCB板硬件本身的问题,往往导致你设计的放大电路不放大反而振荡,振荡电路不振荡反而放大。

 

振铃产生的原因  

 

由于任何传输线都不可避免地存在着引线电阻、引线电感和杂散电容,因此,一个标准的脉冲信号在经过较长的传输线后,极易产生上冲和振铃现象。振铃是怎么产生的,知道了这点我们就知道采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生。我们先来看一个运算放大电路的例子,如下图所示:为一个同相比例放大电路,信号源频率为10K,幅值1V的方波。运放采用双电源供电。    

 

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

 

上图所示的参数下,其输出波形如下图所示,输出波形还算理想,幅值为2V,符合设计所想。但是你要明白仿真软件的仿真结论实在器件理想化的情况下建立的,所以此处的运放也是理想运放,不存在寄生电感电容电阻等,所以仿真结果趋于理想化。当器件焊接到PCB板上以后,PCB板的各种寄生参数都会影响运放的外围参数,同时现实中使用的运放也不是理想化的,这连两个因素使运放往往不以我们所期待的方式运行。我们今天要讲的运放电路的振铃,就是从PCB板的寄生参数出发去分析它产生的原因。  

 

运放振铃产的原因就是由于反向输入端的寄生电容与反馈电阻构成了一个低通滤波器,大家知道低通滤波器会导致相位滞后。而运算放大器呢,又是一个无脑的东西,它不知道人们把它接成了什么样子,它只知道吧同相端与反相端的电压差值放大无穷大倍,然而放大倍数又不可能无穷大,这就得益于输出端的反馈回路。当输出电压过大时,反馈到反相端的电压也会变大,进而输出端电压减小,当输出端电压过小时,反馈到反相端的电压就变小,进而使输出端的电压增大,这样的一个过程如此往复形成一个动态平衡,保持输出端电压稳定。  

 

但是当反馈回路出现了延迟,会出现什么情况呢?那就是输出端的电压已经到达预定电压值了,可是由于反馈回路上的延迟,运放认为输出端的电压还没增加到达预定电压,还在继续增大输出电压,当运放反应过来之后又发现输出电压过大,又开始减小输出电压,当输出端的电压已经减小到达预定电压值了,同样由于延迟的存在,运放认为输出端的电压还没减小到预定电压,当运放反应过来时输出电压又低于预定电压了,然后又开始增大输出电压。循环往复,这就产生了振铃。这一节我们讲了振铃产生的原因,下一节我们就来看看振铃到底是什么样的。    

 

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

 

见识振铃  

 

上面我们说了振铃产生的原因,下面我们就人为制造一个振铃产生的条件:在反向输入端并一个电容到地,让其与反馈电阻构成一个低通滤波器的延迟环节。如下图所示:红色圈住的部分为人为加入的反相端寄生电容10nF,其他参数不变。    

 

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

 

参数设置完毕,我们来看下输出波形,如下图所示:

   

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

  

看不清楚?我们在来个特写:振铃就是这样的,跟我们刚才分析的一样。   

 

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

 

产生振铃的其他原因  

 

上面我们说到了产生振铃的原因是反相输入端的寄生电容,除了这个原因还有其他什么原因会导致振铃的产生呢?有的,  

 

1、当你在使用示波器测量波形的时候,由于示波器探头也存在寄生电容,这个电容与运放的输出电阻也构成了低通滤波的延迟环节,同样的也会造成振铃现象,我们来看图:  

  

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

 

来看看这种情况下的输出波形,不出意外的,也出现了振铃:   

 

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

 

怎么解决示波器探头的寄生电容的问题呢,总不能不用吧,当然不是,有钱的话可以买些有源探头呀,只不过有点贵。不买也行,就教你一个方法,在是示波器探头上串一个电阻,破坏掉低通滤波器的形成环境,因为是示波器的探头阻抗很大,串一个电阻进去,对测量结果基本没影响,好了不多说,上图:  

  

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

 

再来看看输出波形,振铃现象是不是明显改善了呀,想要尽量改善振铃甚至避免振铃现象就要合理的设置参数,这里就不一点一点修改参数了,只指明一个方向,具体电路具体分析。

    

采取什么措施来避免运放电路的振铃的产生?

 

2、运放本身的容性负载,也会导致振铃的产生,其具体解决方法同1,这里就不做过多的分析解释。  

 

PCB板上运放的反相输入端不要覆铜  

 

为什么呢? 就是我们前面说的,反相输入端如果覆铜的话会导致反相输入端存在寄生电容,这也是振铃产生的重要原因。而同相输入端则可以覆铜,因为同相端即使存在延迟也不会导致振铃产生。

 

关于我爱方案网

 

我爱方案网是一个电子方案开发供应链平台,提供从找方案到研发采购的全链条服务。找方案,上我爱方案网!在方案超市找到合适的方案就可以直接买,没有找到就到快包定制开发。我爱方案网积累了一大批方案商和企业开发资源,能提供标准的模块和核心板以及定制开发服务,按要求交付PCBA、整机产品、软件或IoT系统。更多信息,敬请访问http://www.52solution.com


相关资讯
不同应用场景中的晶振分类知识合集1

按晶振的功能和实现技术的不同,分为温度补偿晶振(TCXO)、压控晶振(VCXO)、恒温晶振(OCXO)。

晶振分频原理:数字电路的周期性计数实现频率转换!

为了在性能与功耗之间取得最佳平衡,需要根据具体应用场景,对基准时钟进行相应的分频、倍频或转换处理,从而为各模块提供适宜的时钟信号。此时,分频技术就成为连接晶振基准频率与系统需求的关键,通过数字电路将晶振原始频率按固定比例降低,输出符合要求的低频时钟信号。

RTC时钟芯片的电路工作原理与解析

RTC芯片是一种专门用于精准计时、掉电续时的专用集成电路,其核心功能是提供精准、稳定的时间信息(包括秒、分、时、日、月、周、年),并能在主电源断电后依靠备用电池继续保持计时,从而确保时间持续不间断。

晶振启动时间影响因素解析与优化方向

​晶振的启动时间,通常是指其通电后进入稳定振荡状态所需的时间。若启动时间过长,可从以下五个常见的影响因素方面进行优化。

解析RTC实时时钟芯片的工作原理

RTC(Real-Time Clock,实时时钟)芯片作为一种独立的专用计时器件,其核心功能包括提供稳定的日历时钟、在主电源断电后持续运行、支持定时中断以及输出高精度时间戳,为各类嵌入式系统提供可靠的时间基准。