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知識錦集:極點(diǎn)與零點(diǎn)的產(chǎn)生與影響

發(fā)布時間:2014-09-24 來源:電子工程專輯 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】請問電路中極點(diǎn)與零點(diǎn)的產(chǎn)生與影響,電路中經(jīng)常要對零極點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償,想問,零點(diǎn)是由于前饋產(chǎn)生的嗎?它產(chǎn)生后會對電路造成什么樣的影響?是說如果在該頻率下,信號通過這兩條之路后可以互相抵消還是什么??極點(diǎn)又是怎么產(chǎn)生的呢?是由于反饋嗎?那極點(diǎn)對電路的影響又是什么?產(chǎn)生振蕩還是什么??請大家指教一下。
 
請問電路中極點(diǎn)與零點(diǎn)的產(chǎn)生與影響,電路中經(jīng)常要對零極點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償,想問,零點(diǎn)是由于前饋產(chǎn)生的嗎?它產(chǎn)生后會對電路造成什么樣的影響?是說如果在該頻率下,信號通過這兩條之路后可以互相抵消還是什么??極點(diǎn)又是怎么產(chǎn)生的呢?是由于反饋嗎?那極點(diǎn)對電路的影響又是什么?產(chǎn)生振蕩還是什么??請大家指教一下。
 
(不能這么簡單的理解其實電路的每個node都有一個極點(diǎn),只是大部分的極點(diǎn)相對與所關(guān)心的頻率范圍太大而忽略運(yùn)放中我們一般關(guān)心開環(huán)的0dB帶寬。那么>10*帶寬頻率的極點(diǎn)我們就不管了,因為它們對相位裕度貢獻(xiàn)太小而被忽略;只要輸入和輸出之間有兩條通路就會產(chǎn)生一個零點(diǎn):同樣的高于所關(guān)心頻率范圍的零點(diǎn)也不用管一個在所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的零點(diǎn)需要看是左半平面還是右半平面的。左半平面的零點(diǎn)有利于環(huán)路穩(wěn)定 右半平面的則不利具體的看拉扎維的書吧。寫的還是蠻詳細(xì)的,看不懂就多看幾遍。自己做個電路仿下)好問題,希望徹底了解的人仔細(xì)解答。我也同樣疑惑。
 
但是我總覺得極點(diǎn),零點(diǎn)并不能單單的說是由于前饋,反饋,或者串聯(lián)并聯(lián)一個電容產(chǎn)生的。產(chǎn)生的原因還是和具體的電路結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的。
比如一個H(s)的系統(tǒng)和一個電容并聯(lián)或串聯(lián)在輸入輸出之間,誰能說他一定產(chǎn)生一個極點(diǎn)或零點(diǎn)呢?這因該和H(s)的具體形式有關(guān)。
3大書上說的應(yīng)該大多針對的是運(yùn)放結(jié)構(gòu),它的結(jié)構(gòu)具有特殊性。具有以點(diǎn)蓋全的嫌疑。還請達(dá)人細(xì)說。
 
一般的說,零點(diǎn)用于增強(qiáng)增益(幅度及相位),極點(diǎn)用于減少增益(幅度及相位),電路中一般零點(diǎn)極點(diǎn)是電容倒數(shù)的函數(shù)(如1/C)。
當(dāng)C變大時,比如對極點(diǎn)來說,會向原點(diǎn)方向變化,造成增益減少加快(幅度及相位)~一般運(yùn)放電路的米勒效應(yīng)電容就是這個原理,當(dāng)增益迅速下降倒-3dB時,其他的零點(diǎn)極點(diǎn)都還沒對系統(tǒng)增益起到啥作用(或作用很小,忽略了),電路就算七竅通了六竅半了~你就可以根據(jù)自己的需要補(bǔ)上帶寬,多少多大的裕度就ok了極點(diǎn)是由于結(jié)點(diǎn)和地之間有寄生電容造成的,零點(diǎn)是由于輸入和輸出之間有寄生電容造成的,一般輸入和輸出之間的零極點(diǎn)考慮多一點(diǎn),主要是因為輸入輸出有較 大的電阻,造成了極點(diǎn)偏向原點(diǎn).
 
個人的一點(diǎn)理解
 
極點(diǎn)決定的是系統(tǒng)的自然響應(yīng)頻率,通常在電路中就是對地電容所看進(jìn)去的R和對地電容C共同決定的。零點(diǎn)是由于在輸入輸出間存在兩條信號路徑,兩個信號路徑強(qiáng)度相消即可,通常在電路中表現(xiàn)為反饋或前饋通路。
 
一個電路中有多少個極點(diǎn)和多少個零點(diǎn)取決你的器件模型,因為一般人們只觀點(diǎn)幾個低頻極點(diǎn)(最多到3吧),所以將高頻極點(diǎn)忽略了,
由于在CMOS里面一般柵端到地的電容較大,所以一般人們就去取這個極點(diǎn),也就是說輸入信號頻率使得節(jié)點(diǎn)到地的阻抗無窮大(也就是所謂的1/RC)R為到的電阻,C為到地的電容(并聯(lián)產(chǎn)生極點(diǎn))。零點(diǎn)在CMOS中往往是由于信號通路上的電容產(chǎn)生的,即使的信號到地的阻抗為0,在密勒補(bǔ)償中,不只是將主極點(diǎn)向里推,將次極點(diǎn)向外推(增大了電容),同時還產(chǎn)生了一個零點(diǎn)(與第三極點(diǎn)頻率接近),只不過人們一般只關(guān)心前者。
 
看過三本經(jīng)典就能理解零極點(diǎn)嗎? I do not think so!
 
在就是前面提到信號與系統(tǒng)的樓主,信號與系統(tǒng)的理論大家都清楚,但是用到實際中沒那么簡單吧。多數(shù)人都只是拿著書上類似的電路來找類似的零極點(diǎn)罷了。我覺得信號與系統(tǒng)講的是比較理論的東西,就是僅從傳輸函數(shù)的角度來分析,并沒有具體到電路。
 
而在電路設(shè)計的時候是具體的電路,如果可以通過小信號電路寫出傳輸函數(shù),那么就完全可以分析零級點(diǎn)了,但是通常要寫出一個完整的小信號電路圖的傳輸函數(shù),很難吧。因此就會采用一些近似的辦法,比如極點(diǎn)與RC的關(guān)聯(lián)(在RAZAVI的書上有說)來分析。一般要是電容太小或是電阻太大了,極點(diǎn)就會很大,這種情況可以忽略,只考慮比較低的極點(diǎn)。
 
至于零點(diǎn)主要是因為輸入和輸出之間出現(xiàn)了通路而引起的,在razavi書中文版的146-147頁的分析我覺得講的挺清楚的。
 
經(jīng)驗上來講,放大器電路中高阻抗的節(jié)點(diǎn)都要注意,即使這點(diǎn)上電容很小,都會產(chǎn)生一個很大的極點(diǎn)。零點(diǎn)一般就不那么直觀了,通常如果兩路out of phase的信號相交就會產(chǎn)生零點(diǎn),但這不能解釋所有的零點(diǎn)。
 
零點(diǎn)是由于在輸入輸出間存在兩條信號路徑,兩個信號路徑強(qiáng)度可以相消產(chǎn)生的很深奧的問題啊。
 
個人覺得零點(diǎn)、極點(diǎn)只是電路分析中抽象出來的輔助方法,可以通過零極點(diǎn)分析電路動作特征,然而既然有抽象肯定有它的物理表現(xiàn),極點(diǎn)從波特圖上看兩個作用:延時和降低增益,在反饋系統(tǒng)中作用就是降低反饋信號幅度以及反饋回去的時間,所以如果某個節(jié)點(diǎn)存在對地電容,必然會對電容充電,同時電容和前級輸出電阻還存在分壓,所以這個電容會產(chǎn)生極點(diǎn)!而要保持穩(wěn)定,則要看在激勵情況下反饋信號會不會持續(xù)增加?而這就需要分析信號在通過電路的過程中的衰減或增加和加快或者減慢,零極點(diǎn)這就表征了電路的這種特性,所以可能某個節(jié)點(diǎn)會產(chǎn)生極點(diǎn),也可能整個系統(tǒng)不同信號通路相互作用產(chǎn)生零極點(diǎn)。
 
我個人的了解是基本上有幾個node就有多少個pole。但是很多都是高頻pole,對電路影響不大,零點(diǎn)是由於有signal path可以對消而產(chǎn)生
這可以看Razavi或Allen等大師的著作都有說明,我認(rèn)為極點(diǎn)是主要表征電路的具有一定的延時,而零點(diǎn)表示同時有兩條支路到輸出出現(xiàn)了抵消,也可以認(rèn)為該電路具有使信號超前的功能。
 
從物理上來說,我覺得產(chǎn)生零極點(diǎn)的電路一定要有儲能器件,一般來說也就是電容與電感,一般來說電容對信號有延遲作用而電感有超前作用(當(dāng)然要分清楚信號是電壓還是電流,但二者基本相反),出現(xiàn)極點(diǎn),可以認(rèn)為在信號通路上有了電容,出現(xiàn)零點(diǎn),可以認(rèn)為信號通路上有了電感。當(dāng)然集成電路內(nèi)尤其是低頻電路一般不會有電感,但電容在某些結(jié)構(gòu)中是可以等效或轉(zhuǎn)換為電感的。
 
其實一般零極點(diǎn)不會對應(yīng)到某些具體的節(jié)點(diǎn),在平時分析這種對應(yīng)關(guān)系具有一定前提條件,只是我們多數(shù)分析的電路都符合這個條件。最全面還是傳輸函數(shù)。
 
其實并不是每個節(jié)點(diǎn)就會對應(yīng)一個極點(diǎn),而一般是儲能元件的個數(shù)與極點(diǎn)有對應(yīng)關(guān)系,但要排除簡并回路、簡并割集(記不得是否說對這兩個名詞了)。
 
除了上面說的基本書,我強(qiáng)烈推薦好好看看電網(wǎng)絡(luò)方面的分析資料,好像叫高級電路分析的書里面應(yīng)該有。
 
關(guān)于右半平面極點(diǎn)振蕩,左半極點(diǎn)穩(wěn)定,這個倒真是應(yīng)該好好看看信號與系統(tǒng)了。
 
其實只要不是虛軸上的極點(diǎn),在通過凡拉普拉斯轉(zhuǎn)換后,一般是exp(-at),exp(at), a為復(fù)平面的點(diǎn)。左半平面的會收斂,即阻尼振蕩,或說的減幅振蕩。但右邊的就是振蕩了,俺也談?wù)勎业目捶ǎ?/div>
 
零/極點(diǎn)的產(chǎn)生與反饋與否似乎沒有直接聯(lián)系。一個電路的小信號模型中存在某一個節(jié)點(diǎn),這個節(jié)點(diǎn)有兩條通路與其他節(jié)點(diǎn)連接,其中一條通路為電容,另一條為電阻。那么這個節(jié)點(diǎn)的電壓為零就可能是此電路的解,電阻那條通路的電流情況就有兩種:1是流進(jìn),在這種情況下就會產(chǎn)生一個負(fù)極點(diǎn),因為只有在頻率為“負(fù)”的情況下,電容通路才會有電流流出使得流進(jìn)/出此節(jié)點(diǎn)的電流相等;2是沒有電流,意思就是通過電阻與此連接的節(jié)點(diǎn)也是個零點(diǎn),當(dāng)然也可能是地,這樣就啥都沒了。其實還有一種情況是電阻被一個理想電流源代替,那么相比前面提到的情況就多了一種,那就是有電流流出,這樣就產(chǎn)生一個正零點(diǎn),這就是我們在普通兩級amp中正零點(diǎn)一樣。
 
2。這個問題似乎并不重要,因為對于一個稍微復(fù)雜的電路,要直觀的看出其非主零/極點(diǎn)是很不容易的,通過電路的小信號來計算傳遞函數(shù)是個不錯的方法。
 
零/極點(diǎn)對電路造成的影響?
 
這個大家都知道,就不多說了。其實不管是正還是負(fù),都只是一種說法,比如說負(fù)零點(diǎn),直觀的感覺是當(dāng)頻率為負(fù)多少了,然后增益就為零;但實際上頻率不會為負(fù),但是其對電路的影響依然存在,那么關(guān)鍵就在于你所關(guān)心的頻段了。
 
個人認(rèn)為左半平面的極點(diǎn)在時域引入延遲,相應(yīng)的在頻率響應(yīng)中表現(xiàn)為增益和相移滯后。這個問題應(yīng)該分成幾個子問題:   
 
1. 怎么理解s平面?   
 
2. 系統(tǒng)傳輸函數(shù)里零.極點(diǎn)的意義; 3. 在系統(tǒng)傳輸函數(shù)里以jW替代s參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷,波特圖的推出. 所有的前提是需要理解復(fù)數(shù)的概念,電路中經(jīng)常要對零極點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償,想問,零點(diǎn)是由于前饋產(chǎn)生的嗎?極點(diǎn)的產(chǎn)生是電容與電阻的并聯(lián),零點(diǎn)的產(chǎn)生是電阻與電容的串聯(lián).并不是所有的前饋都會產(chǎn)生零點(diǎn),要看它前饋入徑是否有并聯(lián)的電阻.如果,則會產(chǎn)生零點(diǎn),沒有的話,那就不會產(chǎn)生零點(diǎn)它產(chǎn)生后會對電路造成什么樣的影響?是說如果在該頻率下,信號通過這兩條之路后可以互相抵消還是什么?
 
你說的應(yīng)該OP的補(bǔ)償電容吧miller電容由于前饋環(huán)路的存在,使得與miller電容串聯(lián)著一個1/gm的電阻.所以產(chǎn)生了一個右平面的零點(diǎn)。
(反了吧,右零點(diǎn)相移-90不穩(wěn)定,左零點(diǎn)相移90,穩(wěn)定他兩的增益都是以20db/十倍頻增加的)右平面的零點(diǎn)使得增益以+20db/dec增加,相移增加90度,使系統(tǒng)更不穩(wěn)定。
 
左平面增益以+20db/dec增加,相移減少90度,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有積極的補(bǔ)償作用。對前饋環(huán)路的零點(diǎn)的補(bǔ)償一般是把右平面的零點(diǎn)轉(zhuǎn)換為左平面的零點(diǎn)。極點(diǎn)又是怎么產(chǎn)生的呢?是由于反饋嗎?那極點(diǎn)對電路的影響又是什么?產(chǎn)生振蕩還是什么??
 
極點(diǎn)的產(chǎn)生就是由于引入電容與電阻的并聯(lián),產(chǎn)生極點(diǎn)的頻率就是1/RC。
 
這個與反饋無關(guān),雖然反饋可以產(chǎn)生極點(diǎn),但是,并不是所有的極點(diǎn)都是反饋產(chǎn)生的.極點(diǎn)對OP的增益是以-20db/dec減小,相移是增加90度。
 
環(huán)路是否震蕩,直接原因是環(huán)路的相位裕度是否>0.大于則系統(tǒng)穩(wěn)定,小于0則系統(tǒng)震蕩。
 
我也同意:極點(diǎn)決定的是系統(tǒng)的自然響應(yīng)頻率,通常在電路中就是對地電容所看進(jìn)去的R和對地電容C共同決定的。
 
零點(diǎn)是由于在輸入輸出間存在兩條信號路徑,兩個信號路徑強(qiáng)度相消即可,通常在電路中表現(xiàn)為反饋或前饋通路,極點(diǎn)是由于結(jié)點(diǎn)和地之間有寄生電容造成的,零點(diǎn)是由于輸入和輸出之間有寄生電容造成的,一般輸入和輸出之間的零極點(diǎn)考慮多一點(diǎn),主要是因為輸入輸出有較 大的電阻,造成了極點(diǎn)偏向原點(diǎn),對于零點(diǎn),個人認(rèn)為零點(diǎn)的產(chǎn)生是與前饋有關(guān),前饋路徑與主信號通路的疊加以及相消產(chǎn)生了零點(diǎn),當(dāng)疊加時產(chǎn)生左半平面零點(diǎn)有助于穩(wěn)定性,當(dāng)相消時產(chǎn)生右半平面零點(diǎn),這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性很不利,因此要抵消它,零點(diǎn)可以由兩條環(huán)路產(chǎn)生,原理是兩條環(huán)路的滯后不同時,就形成了相對的前饋也可以由電阻串電容產(chǎn)生,其實說到底都是相位超前的原因。
 
極點(diǎn)和環(huán)路沒有關(guān)系,極點(diǎn)只是一個相位滯后,至于經(jīng)常和環(huán)路被一起提到,是因為極點(diǎn)對環(huán)路的穩(wěn)定性有決定性的影響把電容電感都用阻抗表示,根據(jù)基爾霍夫定律寫出系統(tǒng)(電路)的傳輸函數(shù),極點(diǎn)在下面,零點(diǎn)在上面。其實只要知道傳輸函數(shù),利用信號與系統(tǒng)學(xué)到的知識分析一下就清楚了。建議多看看信號與系統(tǒng)。
 
說說我的理解:
 
一般地,零點(diǎn)可以增加增益,極點(diǎn)減少增益,而我們在反饋的時候,是希望在相位下降到180度之前,增益就已經(jīng)降低到一,所以我們需要消除一個零點(diǎn),以免發(fā)生震蕩,我感覺是同一個 node 有較大的 R 同時又有較大的 C 的時候就會產(chǎn)生極點(diǎn),R 或 C 越大極點(diǎn)就越低。
 
我覺得可能是因為一個 node 的阻抗是由電阻和 C 的阻抗相加決定的(當(dāng)然還有 L,但忽略不計), C 的阻抗頻率越高就會越小,R 不隨頻率變化,這樣一來,如果一個 node 有很大的 C,同樣電流情況下,頻率越高這個 node 的阻抗總和就越小,阻抗小了壓降就會變小,這樣就導(dǎo)致電壓增益降低。
 
我不知道說得對不對,請各位賜教個人的一點(diǎn)理解極點(diǎn)決定的是系統(tǒng)的自然響應(yīng)頻率,通常在電路中就是對地電容所看進(jìn)去的R和對地電容C共同決定的。零點(diǎn)是由于在輸入輸出間存在兩條信號路徑,兩個信號路徑強(qiáng)度相消即可,通常在電路中表現(xiàn)為反饋或前饋通路。零極點(diǎn)是由于電路中有電感和電容這類的儲能元件,使得阻抗(或者增益)和頻率相關(guān),零極點(diǎn)發(fā)生在阻抗特性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處。
 
個人覺得零點(diǎn)、極點(diǎn)只是電路分析中抽象出來的輔助方法,可以通過零極點(diǎn)分析電路動作特征,然而既然有抽象肯定有它的物理表現(xiàn),極點(diǎn)從波特圖上看兩個?作用:延時和降低增益,在反饋系統(tǒng)中作用就是降低反饋信號幅度以及反饋回去的時間,所以如果某個節(jié)點(diǎn)存在對地電容,必然會對電容充電,同時電容和前級輸出?電阻還存在分壓,所以這個電容會產(chǎn)生極點(diǎn)!而要保持穩(wěn)定,則要看在激勵情況下反饋信號會不會持續(xù)增加?而這就需要分析信號在通過電路的過程中的衰減或增加?和加快或者減慢,零極點(diǎn)這就表征了電路的這種特性,所以可能某個節(jié)點(diǎn)會產(chǎn)生極點(diǎn),也可能整個系統(tǒng)不同信號通路相互作用產(chǎn)生零極點(diǎn)。
 
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