二级运放的闭环增益曲线

二级运放的闭环增益曲线

一、引言

看SANSEN时对这张图产生了疑惑,以前只关注了能单极点近似的二级运放的闭环增益曲线。对于这种无法单极点近似的,不清楚为什么闭环增益曲线的f1变化和单极点近似系统的位置变化一样,同时f2位置不变,故做下述分析。

二、理论推导

二级运放的增益公式为:

接入反馈后,闭环增益公式:

假定w2>>w1,那么

所以在w2>>w1的情况下,闭环增益主极点位置会增加(1+βAo)倍,和单极点时一样的结论,而w2不变。

三、Matlab验证

代码如下,定义一个运放开环低频增益为120dB,f1=10Hz,f2=10000Hz,β=0.00001。

clc;clear;close all;

A0=1000000;

f1=10;

f2=10000;

beta = 0.00001;

w1=2*pi*f1;

w2=2*pi*f2;

%开环增益的波特图

den1=[1/(w1*w2) (1/w1+1/w2) 1];

figure(1)

w=logspace(-2,8);

bode(A0,den1,w);

grid on

%闭环增益的波特图

den2=[1/(w1*w2) (1/w1+1/w2) 1+beta*A0];

figure(2)

bode(A0,den2,w);

grid on

上图为开环增益的频率曲线,下图为闭环增益的,注意横坐标为rad/s而非Hz。可以看到闭环增益的主极点f1’=(1+βAo)f1=10f1,而次极点没有改变,验证了前面的结论。

进一步的改变f1’和f2的相对位置再看看:

1.设置参数使得闭环后f1’=f2:A0=1000000;f1=10;f2=10000;beta = 0.001;

在f2处可以看到在闭环增益开始以40dB/Dec减少,闭环后主次极点重合在f2处。

2.设置参数使得闭环后f1’=100f2:

A0=1000000;f1=100;f2=10000;beta = 0.01;

尽管我们根据前面的结论设置参数希望f1’=100f2,但现实并不符合预期,f1’≠100f2。所以前面的结论已经不适合这种情况。

四、总结

对于二级运放,w2>>w1且(1+βAo)w1<w2的情况下,闭环增益主极点位置会增加(1+βAo)倍,而w2不变,得到单极点时一样的结论;当(1+βAo)w1=w2,闭环后的主次极点重合在w2。其实简单想想,两极点系统的增益曲线本质上有些和单极点近似系统是一样的,只是其GBW大于w2罢了。

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