【笔记:模拟MOS集成电路】二级运算放大器频率响应与品质因子Q和阻尼因子ξ的讨论
创始人
2024-04-03 04:01:17
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  对任意的二阶系统有如下传输函数:
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  为了方便讨论极点性质,构建函数P(s)
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  函数P(s)的零点就是传输函数H(s)的极点,令P(s)=0
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  其中s1   在主次极点分离的条件下也可以得到
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  通过上式可以看出,p1p2p_{1}p_{2}p1​p2​的乘积为定值,那么p1p_{1}p1​的减小必定导致p2p_{2}p2​的增大,反之亦然。二者的分离度也将随着Q减小或ξ增加而增大。当Q减小或ξ的增加使得p1p_{1}p1​与p2p_{2}p2​充分重合的时候,极点性质改变,变为共轭复极点。此时Q≫1/2,ξ≪1时,共轭复极点可以表示为:
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  Q值越大,ξ越小,那么共轭复极点的实部越接近原点,而且虚部越大,更接近与一对共轭虚数极点。
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  当Q>1/2,ξ<1时,开始出现共轭复极点,下面讨论H(s)的振幅特性。
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  为求|H(s)|的最大值,即求分子的最小值,对分子关于ω求导,并等于0,得到:
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  将(1.20)带入(1.19)得:
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  当2ξ1−ξ2≤12\xi\sqrt{1-\xi ^{2} } \le 12ξ1−ξ2​≤1时,产生过冲,即
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  并且在此条件下,可以得到归一化频率为
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  以上结果表明,峰值发生在略小于特征频率的点上。并且ξ 越小或者Q 越大过冲幅度越大;当Q很大或者ξ 很小的时候,峰值点频率近似为ω0\omega _{0}ω0​,过冲幅度为 QAV0QA_{V0}QAV0​ 。
  通过以上分析,当Q<1/2,ξ>1时,极点为LHP实极点;而产生过冲的条件是Q>1/2Q>1/\sqrt{2}Q>1/2​ ,ξ<1/2\xi <1/\sqrt{2}ξ<1/2​,因此对于实数极点,一定没有过冲产生;对与共轭复极点有Q>1/2Q>1/2Q>1/2,ξ<1\xi <1ξ<1,会产生过冲,且阻尼效应越小,则振荡的越剧烈,即幅度,起振快,示意图如下
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(以上内容参考《CMOS模拟IP线性集成电路_吴金》)

敬请期待
  一般来说,系统振荡是我们不希望发生的,但是在特殊的应用下,我们也是希望使电路起振。从以上分析初步的感觉到,系统震荡和复数极点的产生有关。那么振荡器的振荡过程是否也和品质因子Q和阻尼系数ξ有关。说明如下

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