大部分运放电路都不可避免地包含容性负载成份,如PCB导线的分布电容或同轴电缆的分布电容,其客观存在将影响运放的幅频特性,在宽带情况下易导致工作不稳定,甚至产生自激振荡现象。本文将探究SMA长缆分布电容引发宽带放大器自激振荡的原理及消除措施。

1 自激振荡原理

图1是一个反馈放大器的示意图。其中为基本放大器的放大系数,为反馈网络的反馈系数。

由此推导带有负反馈的放大电路的增益Af一般表达式为:

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(1)

图1 自激振荡原理[1]

若产生自激现象,须满足自激振荡的条件,反馈环路系数:

第2:相位条件

其中条件可以分解为两部分描述:

第1:幅度条件

穆尔的动物诗歌承载着“文以载道”的文学伦理观念。她认为生活是一个创造性过程，诗人有能力给这个世上发生的每一件事赋予一种意义。艾略特曾说：“穆尔用动物诗来伪装自己，表达她的现代主义愿望，动物诗歌是她间接表达她的个人思想有效途径。”［5］11这一观点值得赞同。

式中:φA为放大器的相位,φF为反馈网络的相位,φA+φF为反馈信号与输人信号间的相位差。满足相位条件时,反馈为正反馈,将可能使放大器产生自激现象,在实际电路中若φA+φF∈[(2n+1)π-π/4,(2n+1)π+π/4](n=0,1,2,…),电路就处于不稳定态,也可能产生自激振荡[2]。

以上描述的物理意义是:如果把某一时刻进入宽带放大器的矢量信号归一化为1个信号单位,经过宽带放大器就会输出矢量为对应个单位;再经过反馈网络回传给宽带放大器,回传后的矢量为对应个单位;如果则意味着无需外部信号输入,反馈回的信号就可以维持信号在反馈路径中往复传递,并且保持相同的能量[3]。这就意味着无需输入,系统可以输出等幅的振荡波—这也就是自激振荡。

2 SMA长缆分布电容对运算放大器的性能的影响

理论计算

图2 分布电容等效模型

对2 m的线进行仿真,分布电容值近似于96.1 pF/m×2 m≈200 pF;宽带放大电路采用TI的OPA691芯片(Rf设定带宽260 MHz以内)搭建放大10倍的同相比例放大电路。OPA691开环增益特性决定了的幅频特性查阅OPA691手册综合分析图2电路可得此电路在理想情况下应该是稳定的,不会发生自激振荡。使用TI官网提供的TINA仿真软件进行电路仿真也验证了这一点,请参阅3.1。但考虑分布电容影响后,则电路不稳定,可能会发生自激振荡,请参阅2.2。

2.1 无容性负载时电路的幅频特性仿真

在未加容性负载时,类比图2等效电容模型,可以用图3所示电路进行仿真,交流特性波特图如图4所示。

甲状腺乳头状癌为发病率较高的内分泌系统恶性肿瘤，分化好，恶性程度较低。其发病与性别、年龄、碘的摄入等多因素有显著的相关性[13-15]。随着对其研究的不断推进，我国甲状腺癌的诊治逐渐规范，甲状腺癌诊断方法由单纯使用超声发展为影像定位-细胞病理-分子靶标多层次早期诊断体系，诊断过程较为系统，具有科学性[16]。TPC恶性程度较低，主要治疗方案以外科手术为主。孟晓敏等对甲状腺乳头状癌原发灶外科治疗进行meta分析得出：TPC原发灶外科治疗术后生存率较为可观，且甲状腺部分切除术损伤喉返神经或甲状旁腺发生率较低[17]。

图3 未加容性负载电路及波特图

在自激振荡条件中如果则输出信号在不断的减小,不会产生自激振荡。在相位-180°相位频率处,幅度特性为-5.13 dB<0 dB,所以系统稳定,不会产生自激振荡(注:Rf设定OPA691带宽在260 MHz以内,超出此频率不会发生自激振荡,具体推导请参考OPA691官网datasheet说明[5])。

2.2 容性负载时电路的幅频特性仿真

以下电路在连接SMA的位置添加电缆的等效电容,2 m电缆,约引入200 pF等效电容,效果如图4所示,交流特性波特图如图4所示。

图4 加入容性负载电路波特图

从幅频特性曲线看出相位在-180°时,存在122.15 MHz频率幅度特性8.75 dB>0 dB,满足自激振荡发生的条件。所以,在加200 pF容性负载情况下,不稳定会产生自激振荡。

小反刍动物是小反刍疫病的主要宿主，这一病毒有极强的传染性。携带病毒动物的排泄物，接触到的水源以及草料等，都会成为病毒感染源，进而传染更多的健康动物。研究表明，在所有的小反刍动物中，最易感染小反刍疫病的是山羊，并且感染症状较重，一年四季均可发病[1]。

烟囱筒壁构造为：在高度0～17.5 m范围，由外到内为370 mm厚烧结普通砖，60 mm厚空气层，内衬120 mm厚耐火砖；在高度17.5～45 m范围，由外到内为240 mm厚烧结普通砖，50 mm厚隔热层，内衬120 mm厚耐火砖。砌筑砖强度等级为MU10，砌筑砂浆为M5水泥砂浆。内衬材料为耐火砖，内衬砌筑材料为耐火泥。

测试电源:±5 V直流电压源;

上述文章中，总结了数字化覆盖对社会发展的重要意义，对工程建设实施的方案进行了探讨，对数字化覆盖工程的系统进行了介绍，数字化覆盖工程中的各项系统建成以后，对广播电视台的工作人员提出了更高的要求，新系统的引入，能够使其更加科学地进行系统的管理，对社会的进步有重要的推进作用，使社会全面进入数字化时代。

3 理论分析

3.1 建立电路模型

要分析电容的作用原理,必须对图4放大电路进行等效分析。因为实际上放大器的开环输出电阻不为0,所以首先把宽带放大器OPA691等效为一个放大系数为的流控电压源,对外输出包含一个内阻Ro,查找官方手册得到Ro≈15 Ω,如图5所示。

图5 放大器等效电路

对OPA691电路进行开环仿真,使用1 GH电感L1断开交流环路,并通过1 GF电容C2引入交流地到反相输入端,负载为1 MΩ电阻,得到相应的波特图,如图6所示。

图6 开环仿真电路及波特图

3.2 计算分析

实际仿真中,我们分别对有容性负载和无容性负载的情况进行仿真,通过对比找出问题所在,从而解决问题。

第一，弘扬共产党人的价值观。共产党人价值观是党员干部思想境界、党性修养、价值理念、思维品格在个体层面的集中体现，共产党人价值观建设是全面从严治党的塑魂工程，十九大明确提出了共产党员的价值观，要“弘扬忠诚老实、公道正派、实事求是、清正廉洁等价值观”[1]P63 ，要秉持返璞归真、固本培元的基本原则，教育引导党员干部在内心深处主动树立正确价值观和自觉价值观意识，在价值观上回归本源、不忘初心，只有弘扬共产党人正确的价值观，党内政治文化建设才具有了坚实的价值根基。

同时在第1个极点稍后的位置引入一个零点fz,用于抑制极点对系统的影响,位置由R5与C1决定:

当无容性负载C时,仿真如图3所示。理论计算,反馈系数是纯实数,相位变化仅由放大器幅频特性决定[6]

(2)

(3)

利用Matlab统计软件进行数据处理，经线性回归可求出高水分小麦热风干燥的数学模型。在此基础上并对模型进行显著性检验，其中F统计量值为10.96，显著性概率P=0.008 3<0.01，说明回归效果显著；复相关系数R2=0.760 6，说明回归模型的拟合程度良好，所求得的回归模型呈显著水平[8]。故高水分小麦热风干燥的数学模型为MR=exp(-rtN)，其中r=e0.007 0+0.002 7T+0.049 1V-0.000 7D，N=-1.309 3+0.042 4T+0.815 9V-0.032 7D。

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3.2.2 容性负载分析

当有容性负载C时,等效图如图7左侧所示。

理论计算

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图7 等效电路及简化图

当RL≫Ro、Rf≫Ro、且Rf≫RG时,近似计算可忽略RL、Rf、RG,如图7右侧所示,则反馈电压这就相当于在4.2.1分析基础上增加了一个低通滤波器,即增加一个极点[8]。

据此对照图3与图4,可以观察到图4比图3频谱图里明显多一个极点,在频率为46.94 MHz处出现一个拐点。对此极点进行计算验证:

简论花山文化及其后申遗时期的研究策略 ………………………………………………………………… 王建平 陶志红（3/72）

(4)

代入Ro≈15 Ω,C≈200 pF,计算得到极点频率约为53 MHz,与仿真结果基本一致。

4 自激振荡消除

电路中产生自激振荡的原因,是因为加入容性负载后,所产生的极点使电路稳定造到破坏[9]。所以我们需要在主极点稍后的位置引入一个零点,从而抑制极点的影响,维持电路的稳定。

具体方法是在运放的环路外放置一个电阻R5=50 Ω,再与负载电容C1相连,当加入补偿电阻R5时,等效图如图8左侧所示。

图8 补偿电路及简化图

SMA同轴电缆的中心同轴导体与外层屏蔽层金属可以等效为分布电容的存在如图2所示,查阅厂家资料,本实验采用的SMA分布电容值约为96.1 pF/m。因此连入SMA电缆后,相当于给宽带放大电路增加了容性负载,对整个放大器系统的稳定性产生了影响[4]。

当RL≫(R0+R5)、Rf≫RG、且Rf≫(R0+R5)时,则近似计算可忽略RL、Rf、RG,如图8右侧所示,

所以,反馈电压

这就相当于在3.2.2分析基础上增加了一个零点。

(5)

加入R5后,R0与C1所形成的极点fp位置发生了改变,现在由R0,R5和C1决定:

(6)

3.2.1 无容性负载分析

(7)

对加入R5的电路进行仿真,如图9所示。

在开环图增益频谱图6中加上曲线,两线交点即的频点。考察此频点处的相位为-127°,不会产生自激振荡[7]。

从幅频特性曲线看出相位在-180°时,存在1.2 GHz频率幅度特性-12.26 dB<0 dB;且RF设定的在260 MHz范围内[2],不存在频率不稳定状态,不会发生正反馈现象[10]。证明该方法,成功消除了自激振荡。

图9 补偿电路模型

5 电路实测

测试电路如图10所示,在实际测量中,Vf2通过50 Ω接地,Vf1通过SMA电缆连接到输入探头阻抗>1 MΩ的示波器观测输出。

图10 实测电路

测试仪器:安捷伦DSO7054A示波器;

通过以上对比仿真显而易见,容性负载C影响了系统的幅频特性,破坏了系统的稳定性。

测试电缆:古波半柔性电缆,测试选用2.0 m、1.5 m、1 m、60 cm、50 cm、40 cm不同长度规格。

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实测结果:接入不同长度的电缆,电容参数也会随之变化,测试结果如表1所示。

表1 测试结果汇总

线长/m等效电容/PF是否振荡自激振荡频率/MHz加入50Ω电阻后是否产生振荡2192．2是74．7否1．5144．2是93．6否196．1是45．9否0．657．7是63．7否0．548．1是71．6否0．438．4是83．5否

通过汇总表,可清楚地得出:加入容性负载,会使放大器系统产生自激振荡;通过在运放的输出端和负载电容之间串入一个50 Ω电阻,可以消除自激震荡。

6 总结

本文分析了SMA长缆分布电容所引起的宽带放大器的自激振荡,解释了在容性负载下运算电路产生自激振荡的原因,并对其进行了仿真,同时提出了解决这一问题的方法,即在运放的输出端和负载电容之间串入一个50 Ω电阻。从而消除自激振荡,通过仿真其他长度的电缆,在理论和实际测试中证明了这一方法的可行性。

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黄 明(1977-)男,汉族,籍贯山东,讲师,北方工业大学电子信息工程学院电子信息工程系教师,研究领域为高速信号采集/处理/传输、数字信号处理,huangming@ncut.edu.cn。