[经验]

运放电路反馈电阻上并联一个10pF~20pF的电容有什么作用？

李丽

2023-4-27 14:54:31

1231 运放电路寄生电容晶体管积分器

　　相信运放反馈端电容并电阻，或许很多人都有疑惑；
　　不同频率的信号经过电容都会产生不同程度的相移和衰减。如果你利用的是其衰减，那么就是滤波。如果你利用的是其相移，那么就是补偿。

　　CF的作用：相位补偿，防止振荡，抑制高频噪声。
　　Why？
　　一般来说，因为布线的寄生电容，使得运放的输入端都会有一个10~20pF的寄生电容，如图CIN（我们暂且将它称为输入电容）。
　　正是这个输入电容，会使得运放的高频噪声增益很大，从而有可能使系统不稳定。
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　　EQ划分是：
　　低频制50HZ到300HZ；
　　中低频是300HZ到1250HZ；
　　中频是1250HZ到3300HZ；
　　中高频是3300HZ到6500HZ；
　　高频是6500HZ以上；
　　我们的输入信号一般为直流信号或低频信号，这个电容此时不会起作用，因而此时的增益为-R2/R1。
　　引发系统不稳定的是高频噪声，所以我们可以暂且抛开信号增益，只讨论电路的噪声增益。该网络的反馈系数是R1/（R1+R2），因而噪声增益为（R1+R2）/R1 （这里我也不是很明白）。
　　当噪声的频率比较高的时候，则需要考虑输入电容CIN对噪声增益的贡献，
　　对于高频噪声来说，R1与CIN为并联关系，因而此时的噪声增益为：［R2+（R1//1/ωCIN）］/（R1//1/ωCIN）
　　从这个噪声公式可以看出，当噪声频率越高，噪声增益公式的分母越小，噪声增益的值就越大（是不是感觉像是伯德图中零点的作用？），系统就越不容易稳定。
　　How？
　　引入CF滞后，噪声增益公式变为：［（R2//1/ωCF）+（R1//1/ωCIN）］/（R1//1/ωCIN）当频率ω增大，噪声增益公式中分母减小的同时，分子也在减小，因而噪声增益公式整体就不会随着1/ω的增大而增大。如果从伯德图看来，这里是引入了一个极点。
　　结论：一般要求是R1 X CIN 大于等于 R2 X CF。
　　还有一种说法：
　　如果输入信号Vin存在直流量（即便是非常微弱的），由于积分电路直流增益无穷大所以积分器最终会饱和，增加电阻Rf可以将最大增益限制在Rf/R1从而使积分器具有一定的抗直流量能力。
　　下面使用multisum进行仿真看一下：

　　图：未接入反馈电阻
　　跟C1并联的电阻，上面的C1滤波，C1可以减小高频增益。也就是说，输出端的高频信号有一部分会通过C1返回到输入端（通高频阻低频）。不过，返回回来的信号跟输入的信号是不同相的。所以，就会有一部分高频信号被抵消掉了。最后反映到输出端的现象就是低频增益变大。

　　图：接入反馈电阻100K
电阻在电路中的作用就是限制放大倍数。因为现在所用的运放其有效增益都很大。如果，不对增益进行限制的话，运放很容易就进入锁死状态。就是，运放内部的某些晶体管因为工艺的原因饱和。然后，饱和导通的晶体管就不会再对输入的信号有反应。

　　图：接入反馈电阻50K，增益变小
　　当然，实际使用中，我们要坚决的杜绝掉这个问题。所以就引入了负反馈电阻。限制放大倍数的工作原理就是，输出端的任意电压都会被反馈电阻以一定的返回系数送回输入端与输入信号进行相减处理。
　　当小信号输入的时候，反馈回来的信号也是小的。那么，对输入信号的影响就要小些。这时，信号基本以最大放大倍数输出。当输入信号较大时，返回的信号也会变大。然后，就会对输入的信号进行相减处理。这样，就不至于使运放进入锁死状态。同三极管放大电路中的反馈电路作用相同。主要就是稳定工作点，防止运放进入截止或是饱和导通的非法工作状态。
　　总结：
　　R、C 共同组成反馈电阻，确切说是“阻抗”。
　　1、信号频率越高，阻抗越小，反之则越大。
　　2、运放的放大倍数与由反馈“阻抗”决定。
　　以上两点结合起来考虑。

原作者：潇湘夜雨芯片电子之家