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老工程师教你如何“驯服”振荡运算放大器

时间:2019-08-20 作者:Bruce Trump 资深模拟工程师 阅读:
电容性负载稳定性是一个棘手的问题。如果受反馈网络电阻影响的运算放大器输入电容(加上一些杂散电容)形成的相移或者延迟过大,则简易非反相放大器便会不稳定,或者出现大量过冲和振铃……

鉴于反馈通路中相移(或者称作延迟)引起的诸多问题,我们一直在追求运算放大器的稳定性。通过上周的讨论我们知道,电容性负载稳定性是一个棘手的问题。

如果受反馈网络电阻影响的运算放大器输入电容(加上一些杂散电容)形成的相移或者延迟过大,则简易非反相放大器便会不稳定,或者出现大量过冲和振铃。您可以通过减少该节点的杂散电容来获得一定的改善,其可以最小化这种连接的电路板线路面积。使用某个特定的运算放大器时,输入电容(差分电容+共模电容)为固定值—您会受到它的束缚。

但是,您可以按比例减小反馈网络的电阻值,以保持增益不变。这样可将该电容所产生的极点频率移至更高频率,并减小延迟时间常量。本例中,我们将电阻减小至 5kΩ 和 10kΩ,获得了明显改善,但仍然产生了约 10% 过冲,并有振铃出现。

另外,它还给运算放大器带来额外的负载,因此您不能过多地使用这种解决方法。两个电阻器的和为运算放大器负载,因此您可能不希望其太低。

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更理想的解决方案可能是一个与 R2 并联的电容器 Cc(请参见图 2)。当 R1∙Cx= R2∙Cc 时,分压器获得补偿,并且所有频率的阻抗比均恒定不变。这样,反馈网络中便没有相移或者延迟。:)

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您可以把这种反馈网络比作 10x 示波器探针的补偿衰减器(请参见图 3),其概念是一样的。探针中的可变电容器允许进行调节,以让两个时间常量相等。请注意,这种示波器探针的响应从未表现出不稳定,即使错误调节时也是如此。为什么呢?原因是它并没有在反馈环路内部。

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正如让其中一个电容器在示波器探针中可调节来对补偿进行微调一样,您也需要对图 2 所示 Cc 的值进行调节。由于杂散电容存在不确定的影响,因此我们可能无法知道电容 Cx 的准确大小。

另外,您可能希望微调电路的响应来达到您的要求。这样做可能会产生一些过冲,但却可以获得更高的速度和更佳的带宽。

之前,我介绍了不稳定性的另一种常见情况,即电容性负载运算放大器。现在,这种解决方案又在环路中产生了相移(反馈延迟),而其为问题的根源。这一次的情况很复杂,因为开环输出电阻在运算放大器内部。

我们无法穿过该电阻器连接一个补偿电容器。实际上,它并非为一个真正的电阻器,它是运算放大器电路的一个“等效”输出电阻。因此,下次,我们将讨论电容性负载问题。

查看更多请点击:《看一个TI老工程师如何驯服精密放大器

 

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