積分器限制:幅度和相位誤差
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-12-18 16:22:07
我們現(xiàn)在希望更詳細(xì)地研究這種偏差。在繼續(xù)之前,我們回顧一下有關(guān)積分器限制的第二篇文章,H還受到運(yùn)算放大器的輸出阻抗z o的影響,因?yàn)?z o允許信號在運(yùn)算放大器周圍饋通。
下面,我們假設(shè) |z o | 遠(yuǎn)小于積分器的電阻R,因此可以忽略饋通。在這些條件下,我們重復(fù)使用之前文章中的發(fā)現(xiàn),并針對圖 1(a) 的電路編寫:H(jf)=VoVi=H理想(jf)11+1/T(jf)(1)
在哪里
H理想(jf)=?1jf/fo(2)
fo=12πRC(3)
此外,環(huán)路增益| T | 可視化為開環(huán)增益 | 之間的差異。一個(gè)| 和噪聲增益 |1/ β | (見圖 1(b),頂部),其中
1β=H理想+1(4)
幅度誤差
使用方程(1)和(2),我們寫出
\[\左 | H \右| = \左 | H_{理想} \right | \次\左 | \frac {1}{1+1/T} \right | = \frac {1}{f/f_o} \times \frac {1}{\left |1+1/T \right |} = \frac {1}{f/(f_o/\left | 1+1/ T \右 |)}\]
表明在幅度方面,電路仍然充當(dāng)積分器,但單位增益頻率為
\[f_o ' = \frac {f_o}{\left | 1+1/T \right |} \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: (5)\]
參考圖 1(b),頂部,我們估計(jì) | T(jf 0 ) | 利用英鎊的穩(wěn)定性: | T(jf 0 ) |×f 0 = 1× ft,這給出 | T(jf 0 )| = f t / f 0。代入方程(5)可得
f′o?fo1+fo/ft(6)
相位誤差
根據(jù)公式(2),理想情況下積分器的相位角為 Ph[ H Ideal ] = Ph[–1] – Ph[ j ] = 180 – 90 = 90°。然而,由于積分器的極對,Ph[ H ] 在其有用頻率范圍的低端和高端都將偏離 90°(見圖 1b ,底部)。
我們將在下一篇文章中看到, f 0附近的相位誤差在基于積分器的濾波器(例如狀態(tài)變量濾波器和雙二階濾波器類型)中特別值得關(guān)注。該誤差為 ? phi = –tan -1 ( f/f t )。精心設(shè)計(jì)的積分器具有 f 0 << f t ,因此在 f 0附近我們近似為
????f/ft(7)
圖 2. (a) f 0 = 100 kHz 且 f t = 1 MHz 的 PSpice 積分器。(b) 幅度圖和相位圖。
作為一個(gè)實(shí)際示例,請考慮圖 2(a) 中的 PSpice 積分器,它使用拉普拉斯模塊來模擬 GBP = 1 MHz 的運(yùn)算放大器。根據(jù)等式(3),f 0 = 100 kHz。方程 (6) 和 (7) 提供了估計(jì)值
f 0 = 100 kHz
-5.71°,與 90.53 kHz 的測量值相當(dāng)一致,并且 – 4.64°。
我們觀察到,幅度誤差不一定是壞事,因?yàn)槲覀兛偸强梢酝ㄟ^適當(dāng)預(yù)失真RC產(chǎn)品的值來補(bǔ)償它。例如,將圖 1 中的 C 從 159.155 pF 降低到 142.473 pF,同時(shí)保持R不變,將提高 f 0所需的量,以確保kHz。
或者,我們可以保持C不變,并將R從 10.0 kΩ 降低至 8.952 kΩ。
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