集成電路原理與應(yīng)用

1、1、討論集成運(yùn)放穩(wěn)定性與閉環(huán)增益的關(guān)系，并簡(jiǎn)述相位補(bǔ)償?shù)姆椒?。由于運(yùn)放電路是一個(gè)多極點(diǎn)高增益放大器，且一般都工作在閉環(huán)狀態(tài)，所以在實(shí)際應(yīng)用 中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)自激振蕩，而使運(yùn)放電路不能正常工作。產(chǎn)生自激振蕩的條件：A(j3)F(j3)=1其中幅值條件：A(j3)F(j3)= 1相位條件: e0 (F (s) =k 2n兀只有同時(shí)滿足幅值條件和相位條件，運(yùn)放才會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，只滿足其中條件之一，運(yùn)放不 會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。要使集成運(yùn)放在閉環(huán)下能穩(wěn)定地工作，就必須破壞產(chǎn)生自激振蕩的兩個(gè)條 件或兩個(gè)條件之一。所以運(yùn)放電路閉環(huán)穩(wěn)定工作的條件應(yīng)為A (s).F(s) 1時(shí)，相移。土兀相移。=兀時(shí)，A(s).F(s

2、) 60dB采用巴特沃斯逼近的五階無(wú)源LC低通濾波器滿足給定頻率特性的要求，圖7所示為其電路 圖，其頻率特性如圖8所示，其參數(shù)值為氣=% = 600Q， = C5 = 163.9nF，L2 = L4 = 154.5mH，C3 = 530.5mH：L2：fr154.5mH四i圖8五階巴特沃斯低通濾波器頻率特性利用KVL和KCL可以列出圖3所示的電路的狀態(tài)方程組，表示為I =s RSv i -i TOC o 1-5 h z = -s45 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document -VI =5土4i i HYPERLINK l bookmark114 o

3、Current Document =3 VI = 12i i= -2L 1 SC1I VL可以看出方程組中每個(gè)方程均為一階積分方程，但它們輸入輸出變量量綱不同。為減少電路 中積分器的類(lèi)型，需要將它們變換成輸出變量和輸入變量相同的積分方程，引入?yún)⒖甲兞縍C，變換為輸入輸出參考變量均為電壓的積分方程，通常取/= Rl，定義V4 = 14 RV2 =匕 Rl帶入上式中，整理可得v =1 V -v -V)5 L匕=導(dǎo)（匕V）=1（V V ）3 SC R 423 LV2 =鳥(niǎo)（匕V）2=圖9信號(hào)流程圖用有源電路實(shí)現(xiàn)圖9的信號(hào)流圖，電路如圖10所示，在不考慮濾波器動(dòng)態(tài)范圍的情況 下，所有電阻均取600Q，

4、則1 SCR 21L 滿足此方程組數(shù)學(xué)關(guān)系的信號(hào)流圖如圖9所示。（V匕）C = C5 = 163.9 nFL = 429.2nFR 2LC3 = 530.5nF匕=429.2nFL圖10運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的有源濾波器為調(diào)整動(dòng)態(tài)范圍，需要計(jì)算各積分器輸出處的峰值，圖11為不同頻率下各積分器的輸 出幅度。圖中各積分器的最大輸出幅度為V = 500.8mV，V = 536.2mV，V = 640.6mV，V = 826.7mV，V = 973.2mV TOC o 1-5 h z 1M2 M盛小信號(hào)分析4 M5 5792m-/、563m-一r:-2&0m17 1040 70400 Ik4k 10k40k 100

5、kFrequency (Hz)舊Yg_鹵心;_ 舌E_ f 同峪圖11調(diào)整增益前各積分器的輸出幅度為了使整個(gè)濾波器動(dòng)態(tài)范圍最大，需要調(diào)整各支路增益，使各支路增益輸出幅度的峰值 相等。具體方法是，若原連接第j個(gè)積分器的輸出和第i個(gè)積分器的輸入之間的支路增益為 K.，需要調(diào)整為G / P)K, Pj為第j個(gè)積分器輸出節(jié)點(diǎn)處的峰值，Pj為第i個(gè)積分器 輸出節(jié)點(diǎn)處的峰值。信號(hào)輸入支路增益的處理規(guī)則是用輸出節(jié)點(diǎn)的峰值與對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行積分的積分器的峰值比調(diào)整。所以V Rs = -5% = 308.8Q5 MVR54 =廣 Rl = 706.3Q4 Mc u c R 4m R 509.7Q5 MV R34

6、uM Rl = 464.9Q4 M V R v，m R 774.3Q3MVR 3m R = 716.8Q2MVR23 -3m Rl 502.2Q3MVR12 mRl 560.402M。 V 。R 2m R 642.40M調(diào)整各支路增益后，使動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大。調(diào)整后的電路圖如圖12所示。各積分器輸出隨頻率變化如圖13所示?？梢钥闯觯{(diào)整后各積分器輸出的最大幅度均相同。:RJ4-SOO.Qrr圖13調(diào)整增益后各積分器輸出幅度對(duì)調(diào)整好的五階有源巴特沃斯低通濾波器進(jìn)行小信號(hào)分析，如圖14所示。分析可以看 出在截止頻率1KHz處，剛好是-3dB點(diǎn)。圖12調(diào)整各支路增益后電路圖r.J*.11 A A: AHYJ _ _i_|_i_ _ _ i_ _ Ljy：i1i1ii . _ .-.-.-J - ii.JL.1I11I1III111111111I11I- r -1 r1iii iii -.11 d.一一 -1r - 1 r1!1!I1-_T_ii_ r -i1 -1-1-i- - - t r I! !1: ,111 11147 1040 7011400-Frequency (Hz)k5V (19Jxl2.190yi5.5137心393.893y22 .-68-60dx曲-2 .532dy/dx-2.S581n1/dx1.0090mV (19