PDF《AN1747》

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2016 Microchip Technology Inc.

DS00001747A_CN 第1页简介 运算放大器 (运放)为直接耦合的高增益差分放大器, 是各类应用中都会用到的模拟数据处理元件.了解运放 的特性对于选择适合具体用途的运放来说至关重要,当 然这也可称为了解应用需求.运放拥有非常广泛的终端 应用,本文仅讨论其中的一部分,并不会涉及到所有应 用场合. 带反馈功能的放大器传递函数可通过网络中的无源元件 进行有效的控制.在设计之初,对于任何应用假设采用 的都是理想的运放.但是对精度要求更高的应用需要设 计人员查看运放的一些非理想参数和特性.如果某些常 规的应用需求可通过常见的经验法则来实现,那么当应 用具有严格的性能要求时,将需要更彻底的特性分析. 本应用笔记旨在说明运放的一些比较重要的参数及其对 于某些应用的重要性,并讨论采用 PIC16F 系列单片机 片内运放的应用的具体示例和案例研究.文中还将 MCP602 和TL082 等独立运放与 PIC16F 中的运放的特 性进行了比较. 运放的特性 在讲述 PIC? 单片机中运放的特性之前,先了解一下通 用运放的一些重要参数将有助于理解其重要性.将PIC16F 片内运放的某些参数与 MCP602 和TL082 等其 他独立运放进行比较.这些市面上可用的标准运放会广 泛用于本文所讨论的应用中. 运放中的高频衰减和补偿特性 对于带负反馈的运放,如果输入端通过反馈网络接收到 输出信号 -180° 的反相信号,即会引起振荡.运放通常 都具有 高频衰减 特性, 即意味着其最终将产生 -180° 相移,但相较于正常工作频率来说,这是一个较高的频 率,由多个极点决定. 然而还必须确保在增益降至

1 以下时才发生衰减.其中 一种方法是通过补偿电容强制进行衰减.由于运放增益 通常较高,所以非常有必要进行高频衰减,否则将很容 易引起高频振荡.此外,高频衰减还可被理解为运放中 内置的固有低通滤波器. 运放的稳定性 要确保基于运放系统的稳定性,其闭环响应必须类似于 单极响应.如果闭环增益和开环增益在衰减速率为

20 dB/decade 时相交,则表明系统是稳定的.如果这个相 交点是发生在闭环响应衰减速率下降到

40 dB/decade, 就会使运放产生振荡.一个极点引入 90° 的相移,那么 两个极点即会引入 180° 的相移. 一旦反馈回路中产生了 180° 相移,负反馈系统即会转变为正反馈系统,进而就 会引起振荡. 注: 有关运放的基本原理和工作原理的信息, 请参见Microchip网站上提供的以下应用笔 记:AN

682、AN

722、AN723 和AN1177. 作者: Vinaya Skanda Microchip Technology Inc. 采用

8 位PIC? 单片机的运算放大器应用 AN1747 AN1747 DS00001747A_CN 第2页?2016 Microchip Technology Inc. 相位裕度 如图

1 中通用运放的波特图所示,相位裕度为单位增益 时相位偏移与180°的差值. 相位裕度是分析运放稳定性 的一个重要指标.从同一图中可看出,角频率处并不一 定会产生相位偏移.相反,相位是在从角频率后的十倍 频处发生相移.对于 PIC16F 单片机的片内运放来说, 标准工作条件下的典型相位裕度约为 40°. 图1: 运放的幅值和波特图 注: 有关运放频率域分析的详细信息,请参见 Microchip网站上提供的应用笔记AN723. Magnitude Bode Plot of Op-amp 0dB Gain(dB) Frequency(Hz) Phase (deg) Phase Bode Plot of Op-amp +90