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请谈谈你对这样处理电路能稳定的理解

作者:iC921 栏目:模拟技术
请谈谈你对这样处理电路能稳定的理解
内容出自AD8603/8307/8609的数据手册。相关内容粗略翻译如下(不当之处请指正):


DRIVING CAPACITIVE LOADS

The AD8603/AD8607/AD8609 are capable of driving large capacitive loads without oscillating. Figure 42 shows the OUTPUT of the AD8603/AD8607/AD8609 in response to a 100 mV input signal, with a 2 nF capacitive load. ||AD8603/AD8607/AD8609有输出不发生振荡的情况下驱动大电容负载的能力。如图42所示的AD8603/AD8607/AD8609响应100mV输入的输出,所带的电容负载为2nF。

Although it is configured in positive unity gain (the worst case), the AD8603 shows less than 20% overshoot. Simple additional CIRCUITry can eliminate ringing and overshoot.||尽管所使用的配置是正单位增益(最坏的情况),在AD8603出现的过冲还少于20%,但是,只要外加简单的电路就能排除振铃和过冲(ringing和overshoot)。

One technique is the snubber network, which consists of a series RC and a resistive load (see Figure 43). With the snubber in place, the AD8603/AD8607/AD8609 are capable of driving capacitive loads of 2 nF with no ringing and less than 3% overshoot. ||有一种技术就是由串联RC电路和电阻负载(注:按图中所示,应当是电容负载CL)构成缓冲器网络(见图43)。有了适当的缓冲器后,AD8603/AD8607/AD8609有驱动2nF电容负载的能力,而不发生振铃的同时过冲小于3%。

The use of the snubber CIRCUIT is usually recommended for unity gain configurations. Higher gain configurations help improve the stability of the CIRCUIT. Figure 44 shows the same OUTPUT response with the snubber in place.||单位增益配置时通常推荐使用缓冲器电路。较高增益的配置帮助改善电路的稳定性。如图44所示,是配以适当的缓冲器下相同的输出响应。
 

Optimum values for RS and CS are determined empirically; Table 5 lists a few starting values.||最佳的值主要地由经验确定,表5列出了几个“指导”值(starting values)。

Table 5. Optimum Values for the Snubber Network||补偿网络优选值

CL (pF)

RS (Ω)

CS (pF)

100~500

500

680

1500

100

330

1600~2000

400

100


* - 本贴最后修改时间:2006-8-21 22:42:01 修改者:iC921

2楼: >>参与讨论
jz0095
这个振铃跟电路的稳定性不是一码事,
可能跟大电容负载的关系也不是紧密相关的了。
振铃是阻尼振荡,其频率,LC,阻尼系数等参数从波形中都可以估算出来。从频率上看已经超出负载电容的影响范围了,而且,在这个频率下CL的阻抗可能已经大大改变了。需要从分布参数入手找原因。RS和CS的作用就是调整阻尼电路的阻尼系数。
我手头没有公式,相信有公式的人不难得出结果。

* - 本贴最后修改时间:2006-8-22 7:13:28 修改者:jz0095

3楼: >>参与讨论
电脑圈圈
恩,负载电容2nF,负载电阻10K。容性太强,增加电阻RS增大阻尼
 
4楼: >>参与讨论
xwj
振荡是不可避免的,主要还是吸收释放掉振荡能量
 
5楼: >>参与讨论
iC921
CL对RC电路的旁路作用如何讲?
这恐怕是不容易理解的地方----RC电路的嵌入,竟然成了减震弹簧。我曾经试图站在这个角度看,不知道并联RC和串联RC应当是什么样的关系(后面的帖的原文没有细看)?运放输出电阻又如何影响电路的性能?

6楼: >>参与讨论
尤新亮
对过冲振铃现象的理解
对这个情况做出完全性分析恐怕是困难的,但仍然可有理解性认识。
回jz0095,这个现象的普遍存在,已经表明它与大电容负载紧密相关,
且与外部电路的分布参数没有关系。
在满幅输出情况下,由于运放中某些可能的“饱和”,严重改变了原有的相位特性,
从而在单位增益的深度反馈和大电容负载条件下,产生类似电感的电路特性。
至于RsCs的作用,无论是阻尼吸收还是移相补偿,其物理意义都是一样的。

7楼: >>参与讨论
iC921
译文
本例的方法为什么强调“这种缓冲方法推荐用于低电压而又需要满幅度摆幅的rail-to-rail 应用”?尤新亮讲到了一点,希望更进一步。
__________________
Snubber Network缓冲网络
Q: If I’m using a rail-to-rail AMPLIFIER, can you suggest a stabilizing method that will preserve my OUTPUT swing and maintain gain accuracy?我要是用rail-to-rail放大器,你可以给我一个稳定方法的建议吗?我想保持我的输出摆幅又维持原有的增益精度。
A: Yes, with an R-C series CIRCUIT from OUTPUT to ground, the snubber method is recommended for lower voltage applications, where the full OUTPUT swing is needed (Figure 11).可以,可以用RC串联电路接地。这种缓冲方法推荐用于低电压而又需要满幅度摆幅的应用(图11)。

http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/38-06/3806_11.gif
Figure 13. AD8698 OUTPUT response with snubber network.有缓冲网络时AD8698的响应
黑体部分没搞清楚

* - 本贴最后修改时间:2006-8-22 12:39:29 修改者:iC921

8楼: >>参与讨论
nevea
先搬个马扎占个位儿
几位老哥讲得太深入了,何谓振玲,何谓过冲都不清楚,更不晓得如何消除了,
先占个位置,每天上晚自习,来研读研读!!



9楼: >>参与讨论
jz0095
接受尤新亮的说法
该振荡不是分布参数作用的结果。我当时没有仔细做定量计算,认为振荡频率比较高。现在看来只在1MHZ左右,容/感量在分布参数范围之外。

10楼: >>参与讨论
iC921
也不是和分布参数无关
后面跟帖的文章里专门列出了相关的影响因素:

The ability of an op amp to drive capacitive loads is affected by several factors:左右运算放大器驱动能力的因素有以下几个:

1. the AMPLIFIER’s internal architecture (for example, OUTPUT impedance, gain and phase margin, internal compensation CIRCUITry) 放大器固有的结构(如输出阻抗、增益、相位裕量、内部补偿电路)
2. the nature of the load impedance 负载阻抗的种类(the nature)
3. attenuation and phase shift of the feedback CIRCUIT, including the effects of OUTPUT loads, input impedances, and stray capacitances. 反馈电路的衰减和相移,包括输出负载效应、输入阻抗和分布电容
___________________________________________________________________________________________________
其中就包括了分布参数。显然,在高频时分布参数会突现的。

回nevea:过冲类似于超调,振铃如下图,边沿开始后绿色曲线有过多的起伏,要较长的时间才消失。表现上,振铃是进一步恶化的过冲,但过冲时可能只有次数较少的振铃(小振荡)过程。链接http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/38-06/3806_09.gif的图片则是更加典型的一种振铃。

电视信号的肩冲算是过冲的一种,下降沿后出现的过冲叫做后肩(冲),上升沿的则叫前肩(冲)。肩冲一般不要有振铃似小“振荡”过程。

另,翻译中有的地方不好,甚至不行,劳驾你代我好好看看。

* - 本贴最后修改时间:2006-8-23 8:29:15 修改者:iC921

11楼: >>参与讨论
computer00
好久没搞翻译了,凑凑热闹~~~~~~~
Depending on the capacitive load, application engineers usually adopt empirical methods to determine the correct VALUEs for Rs and Cs.

根据负载电容(的大小),应用工程师通常采用根据经验的方法来确定合适的Rs跟Cs的值。

The principle here is to resistively load down the OUTPUT of the AMPLIFIER for frequencies in the vicinity at which peaking occurs—thus snubbing down the AMPLIFIER’s gain, then use series capacitance to decrease the loading at lower frequencies.

这里(Snubber Network)的原理是:使用阻性负载  将  出现峰值的附近的频率的输出  拉低——从而就降低了放大器的增益,然后再串联一个电容来减轻低频段的负载。


So, the procedure is to: check the AMPLIFIER’s frequency response to determine the peaking frequency;

因此,步骤如下:检查放大器的频率响应,测定出现峰值的频率;

then, experimentally apply VALUEs of resistive loading (Rs) to reduce peaking to a satisfactory VALUE;

然后,试验性地选择阻性负载(Rs)的值,使峰值减少到满意的值。


then, compute the VALUE of Cs for a break frequency at about 1/3 the peak frequency. Thus, Cs = 3/(2πfpRs), where fp is the frequency at which peaking occurs.

然后,按照峰值的频率的1/3作为截止频率来计算Cs的值。因而,Cs = 3/(2πfpRs),其中fp是出现峰值时的频率。

12楼: >>参与讨论
nevea
一点小小的异议
computer00 发表于 2006-8-23 09:15 模拟技术 ←返回版面    

好久没搞翻译了,凑凑热闹~~~~~~~
<第一部分>
Depending on the capacitive load, application engineers usually adopt empirical methods to determine the correct values for Rs and Cs.

根据负载电容(的大小),应用工程师通常采用根据经验的方法来确定合适的Rs跟Cs的值。

<第二部分>
The principle here is to resistively load down the OUTPUT of the AMPLIFIER for frequencies in the vicinity at which peaking occurs—thus snubbing down the AMPLIFIER’s gain, then use series capacitance to decrease the loading at lower frequencies.

这里(Snubber Network)的原理是:使用阻性负载  将  出现峰值的附近的频率的输出  拉低——从而就降低了放大器的增益,然后再串联一个电容来减轻低频段的负载。

....................................................
------第二部分:这里(指本处的第一部分:即工程师们是怎样根据经验来确定Rs跟Cs的值的。)的原理是:使用阻性负载,在频率接近峰值处,降低放大器的输出(负载)--与此同时(在降低负载的同时),也降低了放大器的增益。............


13楼: >>参与讨论
nevea
一点理解,请校正。
These values can also be determined by trial and error while looking at the transient response (with capacitive loading) on an oscilloscope
----也可用示波器观察带有电容负载的放大器的瞬态响应波形,通过多次试验以及相应的误差值来确定RS和CS的值。

14楼: >>参与讨论
iC921
睡了一觉起来了,谢谢大家的参与!
nevea 发表于 2006-8-23 14:26 模拟技术 ←返回版面    

一点理解,请校正。

These values can also be determined by trial and error while looking at the transient response (with capacitive loading) on an oscilloscope
----也可用示波器观察带有电容负载的放大器的瞬态响应波形,通过多次试验以及相应的误差值来确定RS和CS的值。
________________________________________________________________
----也可通过反复试验以及用示波器观察带有容性负载的放大器的瞬态响应波形相应的误差值来确定RS和CS的值。
>>似乎这样更好。其它的回头看,要上班去了……
>>另,上下标、字体颜色的实现,可以点击帖子上边带笔的按钮(修改)来了解。控制代码要用半角字符。

* - 本贴最后修改时间:2006-8-23 18:25:41 修改者:iC921

15楼: >>参与讨论
iC921
圈圈,我觉得nevea是对的
不过,感觉逻辑上还有点不够连贯,没有和电路(附图)结合起来。你看看怎么改进?包括后半句。
__________________________________________________________________________________
<第二部分>
The principle here is to resistively load down the OUTPUT of the AMPLIFIER for frequencies in the vicinity at which peaking occurs—thus snubbing down the AMPLIFIER’s gain, then use series capacitance to decrease the loading at lower frequencies.

这里(Snubber Network)的原理是:使用阻性负载  将  出现峰值的附近的频率的输出  拉低——从而就降低了放大器的增益,然后再串联一个电容来减轻低频段的负载。

....................................................
------第二部分:这里(指本处的第一部分:即工程师们是怎样根据经验来确定Rs跟Cs的值的。)的原理是:使用阻性负载,在频率接近峰值处,降低放大器的输出(负载)--与此同时(在降低负载的同时),也降低了放大器的增益。............


16楼: >>参与讨论
computer00
我觉得怎样来确定Rs跟Cs的值的原理,跟Snubber Network的原理
是一样的。不管怎么说,两者的基本原理都一样,甚至Snubber Network的原理更根本一些。


关键是is to resistively load down the OUTPUT 这句不大好译,看起来resistively是个副词,但查字典却是个名词,
好象没有副词的意思,不知道是不是我的字典不够好。

resistively修饰load down,好象是阻抗性地拉低之意,但如何翻译,我就不知道咋办了。


用电阻强行将输出拉低,由于峰值出现时的频率是比较高的,为了使晕放在低频段又不至于过载,只好串联一个电容Cs了。

17楼: >>参与讨论
nevea
弄下斧子...
is to resistively load down the OUTPUT
这里“load”是动词,做名词是“负载”。那么动词时理解为“用负载”应该不为过吧。
“ down ...”使...降低;
“resistively”此处为副词。根据“resistance”译为“阻性”,副词可译为“阻性地;以阻性的方式”。

这句合起来就是:用负载以阻性的方式(阻性地)降低...的输出。那么意译就可为:采用阻性负载.....

18楼: >>参与讨论
computer00
也只能这么意译了,
load本来就可以做动词,使负担、加载的意思,

load down 的意思是 使负担过重,即使过载。

那么resistively load down就是阻抗性地使过载,我个感觉resistively有强行的意思在里面,但似乎又不是很正确。



大概意思就如此了,就是接个负载,硬性地将输出拉下去。

19楼: >>参与讨论
iC921
如何翻译如何理解是一回事,如何和图结合起来又是另一回事
译文和图结合到一起才显得更完善些:


computer00 发表于 2006-8-23 20:25 模拟技术 ←返回版面    

我觉得怎样来确定Rs跟Cs的值的原理,跟Snubber Network的原理

是一样的。不管怎么说,两者的基本原理都一样,甚至Snubber Network的原理更根本一些。


关键是is to resistively load down the OUTPUT 这句不大好译 ……

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^&^^

resistive应该是阻性resistance则为电阻。nevea的解释我觉得很好了。圈圈你马上就开始读研了,建议加强点英语。能否带动一下我?

20楼: >>参与讨论
iC921
“就是接个负载,硬性地将输出拉下去”
怎么会拉到增益上去呢?请说说你的理解

21楼: >>参与讨论
computer00
输出都下降了,那增益不就降低了?
增益等于输出除以输入。

22楼: >>参与讨论
nevea
呵呵
有些词很难查到准确的含义,只能自己体会,但是可以体会到的,却又表达不清楚,也许这就是语言能力欠缺吧


23楼: >>参与讨论
iC921
凭什么说输出下降了呢?
说得也太“硬性”了,那两个东西并不构成闭环( 部分)。

........................................
nevea的体会能力还是高出咱好几筹,恐惧ing

24楼: >>参与讨论
computer00
到底能不能拉低,我就不清楚了。
总之的说明里面就这么写了。 用负载来拉低输出,具体行不行得通呢,我就没试过了。

25楼: >>参与讨论
iC921
劳请你统篇看看
看看问题到底在哪?未知可否?!
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/38-06/capacitive_loading.html

http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/38-06/capacitive_loading.html

26楼: >>参与讨论
jz0095
一个问题
从图中条件还看不太清楚,输入是方波还是正弦波?增益为一的运放在输出为一、二百毫伏时的方波会是饱和状态吗?由此可能会引出一系列的思考。

另外对原文中“降低增益”的解释我觉得不妥,运放在单位增益下的带载能力就这么低吗?除非其频响不够高。

27楼: >>参与讨论
computer00
看看AD8603的数据手册,闭环输出阻抗为36欧(@10KHz,G=1)
用个400欧姆的电阻来拉低输出,倒是可以拉低一些的。

28楼: >>参与讨论
iC921
输入波形和输出阻抗
波形:从有关振铃(ring)等概念上看,应该是方波。一般观察稳定性都是用方波或阶跃输入吧?而正弦波输入则往往用于测试失真之类为主。

输出阻抗:AD8603为36Ω,稳定吗?如何判断?

jz0095说到的降低增益也是我目前搞不懂的地方。怎么跟增益扯上关系了?可原谅的意思却是这样----根据我的理解,nevea的译法是正确的,和圈圈的译法完全不同,相抵触吧。

29楼: >>参与讨论
computer00
我的跟nevea意思相反?没看出来。
 
30楼: >>参与讨论
iC921
没说你们相反,但确实有互相抵触的地方
 
31楼: >>参与讨论
computer00
唯一不同的地方就在于对here的理解,但这个不影响大局。
如果说here是指“根据经验选择Rs和Cs”的话,那么根据经验选择Rs和Cs的原理,也是从Snubber Network原理得来的,所以最终的意思是一样的。

即,根据经验选择Rs和Cs的原理  跟 Snubber Network的原理是一样的。

32楼: >>参与讨论
nevea
几个小问题
1,何谓“满幅度摆幅”?有何作用,如何实现?
2,峰值频率对输出会有何影响?即这里为何要用Rs来获得满意的峰值频率?它又是如何完成其使命的?
3,呵呵,更弱智的一个问题:输出指电压的输出,还是输出阻抗?

33楼: >>参与讨论
iC921
请看一个旧帖
IC921 发表于 2006-8-15 10:38 模拟技术 ←返回版面    

关于rail的一些解释

input bias current 输入偏置电流
input offset current输入失调电流
两者区别就如同它们的名字一样

rail to rail 是需要详说一下的。翻译时,rail-to-rail通常译作轨到轨或轨对轨或满幅(度)摆。通常说的轨到轨,所谓的轨,实际上就是电源的正负端(电压),意思是输出电压可以达到正轨----电源正,负轨---电源地。根据这个意思,我宁愿译“跨轨”,以表示信号摆幅可以达到两个电源“轨”,如同列车的两个轮子横跨在铁轨上。

运放在输入端或输出端都能有rail to rail,可以只在输出端有,也可以只在输入端有,还可以在输入和输出端都有。器件选型时要注意加以区别。

另外的一种类型是“越轨”,可以出现在输入端,通常是稍微地越过地轨时,输入信号仍然能保持线性放大。这个名字好象叫做beyond-to-the rail(注意!它多了一个定冠词the,通常情况下,应当是指地轨----目前我还没有发现有电源轨的beyond-to-the rail。)吧,MAXIM公司有这样的器件。另外,“越轨”输入器件通常不再达到电源正轨。

注意:通常说的rail-to-rail并不是完全达到电源轨,而多是有距离电源(轨)有很小的距离,如几个mV的电压。而beyond-to the rail则不同,它不但可以达到(即使是单边地达到,但还是达到了!)电源电平--轨(如电源地),而且可以在小幅度上越过该“轨(the rail)”!
这个小跨越是非常有用的,因为它可以让许多小信号直接输入到放大器的输入端,而不必顾忌低电平时存在触底(或碰顶)的可能。比如热电偶的毫伏信号就可以直接接到上面去。




http://bbs.21ic.com/club/bbs/list.asp?boardid=2&t=2206974&tp=%u5173%u4e8erail%u7684%u4e00%u4e9b%u89e3%u91ca

34楼: >>参与讨论
linwei1234
很明显输入的是方波
其实理想的就不会有这现像了.也就是说电路还是不够稳定!不能平温过度!
我一句话无法形容!SORRY!失陪了~!

35楼: >>参与讨论
jz0095
关于稳定性分析的想法
我在前面提出过把稳定性分析和阻尼振荡分离,是出于一种理论依据:一个系统如果是绝对稳定的话,无论输入、输出端接何种无源负载,该系统都还是绝对稳定的。这个理论出自射频电路。在本例中,如果在纯阻性端阻抗下运放是绝对稳定的,那么无论负载接多大电容,甚至短路,系统都是稳定的。
这样,阻尼振荡就可以跟电路的稳定性分离,而成为负载在方波激励下的响应特性了。我倾向于把复杂的系统分解、简化,分析方法也分门别类。把运放级搞成绝对稳定是有可能的,也有方法可以借鉴。例如在包括低频在内的全工作频段内测量Z或者H参数,利用这些参数计算电路的稳定性能。改变电路参数,重复同样的测量、计算过程,将电路调整到绝对稳定。这种稳定性的分析可行、可评估。
在讲阻尼振荡的教科书中给出过R-L-C的串联模型。当施加阶越信号并撤除信号后,电路还会存在衰减的振荡。这个RLC电路是无源的、绝对稳定的电路,振荡是电路元件储放能的结果,衰减振荡是因为没有持续的频率分量的能量供应。如果我们不认为一个正弦信号驱动下RLC电路的输出是不稳定的,那有什么理由认为该电路接在运放后就一定是不稳定的呢(针对运放是绝对稳定的情况)?
说到负载电路中电感的来源,在运放低输出阻抗下,一段高阻抗传输线就是一个电感。由于不了解输出电路的版图和联接,因此无法具体分析。
如果运放是潜在不稳定的,负载就将影响到系统的稳定性,本例中的线性分析才有效。否则就给人有眉毛胡子一把抓的感觉。
写出一些想法,欢迎大家点评。

36楼: >>参与讨论
iC921
我想,经上午专门一番琢磨,我想现在已经明白了
<第二部分>
The principle here is to resistively load down the OUTPUT of the AMPLIFIER for frequencies in the vicinity at which peaking occurs—thus snubbing down the AMPLIFIER’s gain, then use series capacitance to decrease the loading at lower frequencies.

这里(Snubber Network)的原理是:使用阻性负载  将  出现峰值的附近的频率的输出  拉低——从而就降低了放大器的增益,然后再串联一个电容来减轻低频段的负载。

....................................................
------第二部分:这里(指本处的第一部分:即工程师们是怎样根据经验来确定Rs跟Cs的值的。)的原理是:使用阻性负载,在频率接近峰值处,降低放大器的输出(负载)--与此同时(在降低负载的同时),也降低了放大器的增益。............
----------------------------------------------
其原理是:
用电阻型负载(整体地)加重运算放大器的输出负担,然后串联一个电容(相当于对加重负载后的补偿)来减轻低频段的输出负载(负担),这样,总体上就得到了在峰值频率附近增益相对下降(削减原来的驼峰效应)的效果。

原文在整体上不太符合我们的理解,原因也许不是语言上有问题,而是在描述方法上出现了问题,与电路形式脱节----不能逐个地解释元件的作用,因此,译出来的东西,真有点狗P不通……就象jz0095所说的“给人有眉毛胡子一把抓的感觉”。

nevea原来解释作“降低放大器输出(负载)”是对load down理解上出现了误差,圈圈说“拉低”表达也不到位。subbing down处我觉得有“潜台词是……下降”“意味着……下降”等的意思,即负载加重也意味着增益有一定的下降,此处说到影响增益,是与放大器输出电阻有关的,待详。

感谢大家的参与,特别是00挑起的“战争”,不然这个地方真让它混过去了。关于nevea上面的疑问,回头通过增加附图等进行进一步说明,并就我的理解在总体上做一下归纳,如果还有问题,到时再说吧。

* - 本贴最后修改时间:2006-8-25 14:01:11 修改者:iC921

37楼: >>参与讨论
shark3010
感觉有很大的长进
振铃情况在一年前曾经遇到过,当时没有高明白原因,做脉冲出现振铃,没有能够从硬件上解决,只能从软件上解决,DA输出只能阶梯给出,不过这样增加了脉冲的上升时间,和下降时间。

38楼: >>参与讨论
computer00
老乡总算看明白我的意思了…………不然就晕菜了……
 
39楼: >>参与讨论
analogman
模电基础:极零相消
负载电容引起不稳定的原因使其引入了一个额外的极点,R/C串联网络引入一个零点,抵消其影响后系统便稳定了。

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