集成电路原理与应用

1、1、讨论集成运放稳定性与闭环增益的关系，并简述相位补偿的方法。由于运放电路是一个多极点高增益放大器，且一般都工作在闭环状态，所以在实际应用 中有时会出现自激振荡，而使运放电路不能正常工作。产生自激振荡的条件：A(j3)F(j3)=1其中幅值条件：A(j3)F(j3)= 1相位条件: e0 (F (s) =k 2n兀只有同时满足幅值条件和相位条件，运放才会产生自激振荡，只满足其中条件之一，运放不 会产生自激振荡。要使集成运放在闭环下能稳定地工作，就必须破坏产生自激振荡的两个条 件或两个条件之一。所以运放电路闭环稳定工作的条件应为A (s).F(s) 1时，相移。土兀相移。=兀时，A(s).F(s

2、) 60dB采用巴特沃斯逼近的五阶无源LC低通滤波器满足给定频率特性的要求，图7所示为其电路 图，其频率特性如图8所示，其参数值为气=% = 600Q， = C5 = 163.9nF，L2 = L4 = 154.5mH，C3 = 530.5mH：L2：fr154.5mH四i图8五阶巴特沃斯低通滤波器频率特性利用KVL和KCL可以列出图3所示的电路的状态方程组，表示为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可以看出方程组中每个方程均为一阶积分方程，但它们输入输出变量量纲不同。为减少电路 中积分器的类型，需要将它们变换成输出变量和输入变量相同的积分方程，引入参考变量RC，变换为输入输出参考变量均为电压的积分方程，通常取/= Rl，定义V4 = 14 RV2 =匕 Rl带入上式中，整理可得v =1 V -v -V)5 L匕=导（匕V）=1（V V ）3 SC R 423 LV2 =鸟（匕V）2=图9信号流程图用有源电路实现图9的信号流图，电路如图10所示，在不考虑滤波器动态范围的情况 下，所有电阻均取600Q，

4、则1 SCR 21L 满足此方程组数学关系的信号流图如图9所示。（V匕）C = C5 = 163.9 nFL = 429.2nFR 2LC3 = 530.5nF匕=429.2nFL图10运放实现的有源滤波器为调整动态范围，需要计算各积分器输出处的峰值，图11为不同频率下各积分器的输 出幅度。图中各积分器的最大输出幅度为V = 500.8mV，V = 536.2mV，V = 640.6mV，V = 826.7mV，V = 973.2mV TOC o 1-5 h z 1M2 M盛小信号分析4 M5 5792m-/、563m-一r:-2&0m17 1040 70400 Ik4k 10k40k 100

5、kFrequency (Hz)旧Yg_卤心;_ 舌E_ f 同峪图11调整增益前各积分器的输出幅度为了使整个滤波器动态范围最大，需要调整各支路增益，使各支路增益输出幅度的峰值 相等。具体方法是，若原连接第j个积分器的输出和第i个积分器的输入之间的支路增益为 K.，需要调整为G / P)K, Pj为第j个积分器输出节点处的峰值，Pj为第i个积分器 输出节点处的峰值。信号输入支路增益的处理规则是用输出节点的峰值与对输入信号进行积分的积分器的峰值比调整。所以V Rs = -5% = 308.8Q5 MVR54 =广 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调整各支路增益后，使动态范围扩大。调整后的电路图如图12所示。各积分器输出随频率变化如图13所示。可以看出，调整后各积分器输出的最大幅度均相同。:RJ4-SOO.Qrr图13调整增益后各积分器输出幅度对调整好的五阶有源巴特沃斯低通滤波器进行小信号分析，如图14所示。分析可以看 出在截止频率1KHz处，刚好是-3dB点。图12调整各支路增益后电路图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