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1、几种奇怪的电路现象分析一个美国工程师在学生时代碰到了几个奇怪的电路现象(通常发生在深夜)。波特图显示的输入阻抗与频率无关,难道是米勒效应不起作用了? 本应为直线的二极管电流却呈现非线性,是不是KCL定律罢工了?大家都知道,设计中要尽量避免运放差分电路,也不要在负反馈运算中使用电压比较器,但是有一个电路却使用电压比较器提供相当准确和稳定的差分,莫非“错误+错误=正确”?我想每个电子工程师都曾遇到过令人困惑不解的电路现象,乍一看似乎是荒谬的,但确实如此。下面我跟大家分享几个奇怪的电路现象,这是我在当学生的时候遇到的,它们通常发生在深夜,诡异吧?!不受频率影响的容性阻抗?众所周知,反相放大器的反馈路
2、径中的电容反馈到输入端,会由于米勒效应而放大。 因此,图1电路的反相输入节点的阻抗Zi应该是容性的,并且会随频率以-1 dec / dec的速率降低。 然而,对应的波特图却显示出一个与频率无关的16输入阻抗。这是怎么回事?难道米勒效应不起作用了吗?那个16是从哪里来的呢?图1:Zi的频率图。难道是米勒效应罢工了?一个奇怪的差分放大器我们知道,只要图2a中运算放大器的开环增益是无限的,该电路就可以给出V(O)= V1-V2。如果将输入端连接在一起,使V2 = V1,如图2b所示,那么我们可以得出V(O) = 0,这表示一个无限大的共模抑制比(CMMR =)。 如果开环增益a呢?事实证明,无论a是
3、多大( a 0),图2b电路给出V(O)= 0是不变的。你能用物理定律解释为什么吗?图2:差分放大器能够具有无限大的CMRR,却只有有限的开环增益a?实际上还不止如此。当a 是负值时,这个电路仍然保持V(O)= 0,这种情况下反馈就变为正的啦。图3示出了这种现象,运放的直流增益a0 = 1 V/V。 为了验证这个电路的稳定性,假设运放具有1MHz的极点频率,并使电路受到小的电流干扰,之后V(O)返回到零。你是否能解释为什么这个电路一直稳定,即使反馈是正的?但是,如果a0负值增加,电路将变得不稳定。 图3示出了a0 = 3 V/V的情况,这时干扰会引起发散响应。 为什么会这样? 介于收敛和发散响
4、应之间的a0边界值是多少?图3:具有正反馈的稳定电路?错误+错误=正确?众所周知,在设计中应尽量避免运放差分电路,因为它容易产生无法容忍的振荡增益峰值。另外,我们也知道应该避免在负反馈运算中使用电压比较器,因为它们是为开环运算而设计的,缺乏用于稳定负反馈运算的频率补偿。 然而,图4中的电路却使用电压比较器来提供相当准确和稳定的差分,如相应的波形所示。怎么回事? 谁说错误+错误正确?稳定比较器的频率补偿网络在哪里?图4:用电压比较器实现的差分器。从曲线中获取直线?图5的电路是非线性的,因为它包含二极管。 但是,如果我们把注意力集中在4 V 图5:二极管桥电路。这个电路不应该振荡吗?图6的电路仿真
5、一个放大器,具有80 dB直流增益、两对极点-零点,以及一个额外的极点。 此外,它在10 V时饱和。它的波特图揭示出两个频率,在这两个频率上输出相对于输入延迟了180。 我们使用PSpice的光标工具发现这两个频率约为27 kHz和60 kHz。 而且,这些频率点的增益分别为V(O)/V(I) = 370 V/V 和V(O)/V(I) = 48.3 V/V。图6:开环增益放大器具有三个极点、两个零点和10 V饱和电压。如果我们现在在这个放大器周围应用全反馈,如图7(上图)所示,预期在27 kHz和60 kHz频率上反馈回路内部产生的噪声会被放大,分别可达到370 V/V和48.3 V/ V,每次循环都会引起两个发散响应。 由于10 V的饱和极限,我们预计电路会在27 kHz和60 kHz附近分别出现两种振荡模式的稳态情形。图7:对图6放大器进行全增益运算配置。频率响应(上图)和单位阶跃响应(下图)。从图7的频率和瞬态响应,我们看到一个相当稳定的电路。你能直观地证明这一点吗?设想你正在向一个热情的人文专业学生比如你的女友解释这个电路现象。不要谈奈奎斯特稳定标准,也没有柯西论点,更没有深奥的数学工具,如果可能的话,只用你的物理直觉。
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