高增益、大带宽为什么电路还会发生振荡?

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简介:介绍了在高增益、大带宽情况下电路发生震荡的一些原因及解决办法

由于目标增益非常高,首先需要检查直流 (DC) 工作的情况,以检验输出偏移电压是否处于预设范围以内。如果超出增益级和放大器直流参数、输入偏置电流和输入偏移电压预设的范围,则电路明显可能存在振荡。系统振荡体现为多种形式,如噪声增大、输出偏移电压以及在无负载情况下静态电流增大等,不一而足。

如果发生振荡、电路为高增益直流耦合且各级工作正常,则耦合每一级的交变电流 (AC) 会将输出偏移电压当作电位问题掩盖。现在唯一剩下的问题就是消除不良的寄生特性。

在存在正反馈环路,或当系统的相位裕度不足的时候,就会发生振荡。由于放大器本身处于稳定状态且负载为阻性,唯一可能的原因就是存在正反馈环路。

电路可通过调整放大器在低频率下的噪声增益来处理较大的 DC 偏移。由此,任何直流分量在输出端的增益仅为 1-V/V。此外,图 1 还显示了电源是通过电源层连接的。图中给出了每个放大器的本地电源旁路电容器,但为简化起见省略了全局电源旁路电容器。

试想,未级正在驱动一个重负载,电流将从电源流入负载。该电流将对电源轨造成扰动。由于多级放大器的电源轨连接在一起,我们将在第一级和第二级察觉到这种扰动。扰动会出现在第一级的输出,只有第一级的电源抑制比 (PSRR) 可以衰减,然后再由第二级和第三级的信号增益放大。

如果扰动频率的 PSRR 低于第二级和第三级增益的乘积,那么负载产生的扰动就会被放大。换言之,电源轨上存在正反馈环路。

解决的方法非常简单,细致地进行电路板的板面布局,让电源先给未级供电,同时在各级之间插入一个串联电感器。在下图所示的三级放大器中,我们只给每个电源添加了两个电感器。我们只在正电源上实施这种方法。注意,负电源可能也需要这样处理。

采用 +5V 电源即可实现良好的 5MHz 的平坦频带,-3dB 带宽为 10MHz。对于 10uV信号,在放大率为 100,000V/V 的情况下,得到的 SNR 为大约 12dB。

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