感悟设计.pdf

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2009.. 3 7
搞定噪声

1 低阻抗!低阻抗!
某年某月回答了一个网友的模拟电路的问题,是解决一个电路自激振荡的问题。比较有代表
性,特写出解决问题的思路,和大家分享。


以下是该帖子的原文,为便于理解,对原文作了一些修改:
我用 OPA637A 作了一个有耗损的积分电路。(以前在这里问过关于积分电路的问题,再次
谢谢当时回帖的各位)调整反馈电容与电阻的搭配本来一切都正常,可当我接入了一个 buffer
LH0002Ch 或 CLM6321 作为同轴电缆驱动的时候电路就出现振荡。

后来我发现把反馈电容调小,震荡信号会变小,最终我用了 3p 的反馈电容总算稳定了下来。
可这样就不得不调大与之并联的电阻。这也不是长远之计啊!

后来还发现当输入端接入一个电容性的平板天线后这种振荡的情况又会出现。震荡的频率为
20MHz 到 30MHz 的正弦波(频率不稳定),不知道是什么引起的。

电路图如图 1
图 1
我仔细看了一下这个电路,然后我给出了回复
在 R21 和 U2 之间的那个网络上,对地并联一个电阻看看,电阻值分别选 50、75、150、510、
1k、10k。用示波器看看效果。如果不允许直接接电阻(可能会影响电路的直流工作点),那
就在电阻上在串联一个小电容。

可能是信号的反射,如果是的话,那我提出的办法,估计就是一个解决的办法

2 天后,对方回帖,说:按照我的方法,可行。电阻最后选定了 50 欧姆。并表示感谢。这
个时候,我也非常开心。更改后的电路如图 2:

图 2
我在 BBS 中帮助网友解决这个问题,但是我并没有在 BBS 中说明解决问题的思路,我思维
过程是这样的:
z 首先第一个理由,电路进入了不稳定状态。因为振荡的频率和幅度都是不稳定的、不可
控的。
z OPA637A 这个运算放大器,看似被连接成为负反馈。但有可能某些特定频率的信号其
实是正反馈的。
z 楼主说:“后来我发现把反馈电容调小,震荡信号会变小,最终我用了 3p 的反馈电容
总算稳定了下来”。虽然这个也说明了更改负反馈电容可以解决一些问题,但是由于电
路板分布参数的差异,所以不代表这个电路板生产 100 片、1000 片,都可以用 3pF 的
电容来解决问题。也不会因为电路板今天可以因为这个 3pF 电容稳定下来后,明天还能
继续稳定。
z 把负反馈电容减小(楼主还说“可这样就不得不调大与之并联的电阻”),其实是减小了
某些高频信号的回授电平。当某些频率的型号在这个电路形成正反馈后,减小这个电容
和增大这个电阻,都可以减小正反馈。导致寄生振荡暂时削除。
z 更改了 C11 和 R12,对于有用的信号,他的负反馈也少了,同样会导致不稳定。所以我
说“不代表这个电路板生产 100 片、1000 片,都可以用 3pF 的电容来解决问题”。
z 所以更改 C11 和 R12,是一种治标不治本的方法。

那,为什么我的方法可以解决问题呢?先看看图 3,这是运算放大器 OPA637A 简化后的等
效图。不管你愿不愿意承认,以下几点都是客观事实:
z 任何信号它都有一定的信号源内阻,包括有用的信号和没用的噪声信号。
z 任何放大器都有输入端和输出端,输入端有输入阻抗,输出端也有输出阻抗。
z 任何放大器都有本底噪声、任何元器件都有热噪声、电路板也会接收天空的一些电磁波
感应出噪声来。这些都是图 3中所表述的“噪声信号”
z 由于信号频率、相位、在电路板上的布局、元器件额定参数和分布参数等原因,某些特
定的信号在一个负反馈电路中,有可能会成为正反馈。
C11
R12
到下一级的输入
运算放大器 R21
有用信号
源内阻
噪声信号 Rx运算放大器 Ry噪声信号
源内阻输出阻抗源内阻 R2
运算放大器
R1 后一级的
有用的噪声输入阻抗放大后噪声
输入阻抗
信号信号1 的信号信号2

图 3
图 3中的 R1,就是新增加的 50 欧姆电阻。
z 在运算放大器的输出端,同样也有输出阻抗,在图 3中用 Rx 表示。现在假设他的输出
阻抗是 1 KΩ
z 假设后级放大器的输入阻抗 R2=10 KΩ,10K 的假定值已经是很低的了,实际上大部分
放大器其输入阻抗都大过 100K。
z R1 没有连接(就是楼主最早的那种状态)。
z 假设放大后的