ZHCAEM0 October 2024 OPA593
在自动测试设备 (ATE) 应用中,功率放大器的输出级通常与较大的容性负载相连。由于运算放大器的单位带宽增益积 (UGBW) 中引入了额外的极点,驱动大容性负载(例如 1μF)会带来一些挑战。在 UGBW 内,方程式 4 中所述的该额外极点 (fp2) 可能会破坏运算放大器环路增益的稳定性并减小闭环中的相位裕度。
任何运算放大器都无法既驱动大容性负载,同时又确保在没有适当反馈环路补偿的情况下保持稳定性。术语“大容性负载”是相对的,会因多种因素而变化,包括运算放大器的开环输出阻抗、负载电阻、负载电容和单位带宽增益积 (funity)。通常,运算放大器可以驱动 10pF 至 100pF 的容性负载,无需外部补偿。具有低开环输出阻抗的运算放大器可以驱动更高的容性负载(高达 1nF),同时仍保持足够的相位裕度,而无需额外补偿。但是,超过 1nF 的容性负载通常被视为“大”容性负载,可能会导致振荡等问题,从而使补偿对于保持环路稳定性而言至关重要。
虽然某些运算放大器可以将驱动高达 1nF 的容性负载,但其他运算放大器可能会变得不稳定。这种区别取决于运算放大器的开环输出阻抗、与容性负载 (CL) 的相互作用以及额外极点 (fp2) 相对于单位带宽增益积 (UGBW) 的位置。这些因素共同决定了运算放大器有效驱动容性负载的能力。表 4-4 总结了在各种情况下驱动容性负载时运算放大器的稳定性。
| 运算放大器闭环稳定性评估 | CL 负载示例 | |
|---|---|---|
| 稳定 | fp2 比运算放大器的 UGBW 高 2 倍频程以上 | 10pF 至 100pF 负载(典型值) |
| 不稳定 | fp2 处于运算放大器的 UGBW 范围内,从而导致不稳定 | 大容性负载 (CL > 1nF) |
| 单位增益不稳定 | fp2 与 UGBW 完全一致 | fp2 = UGBW |
| 有条件稳定 | fp2 处于超出 UGBW 的 1 倍频程内 | 不确定的稳定性行为 |
总之,驱动容性负载的运算放大器的稳定性受第二个极点 (fp2) 和 UGBW 之间的关系的影响。如果 fp2 远远超过 UGBW,则系统保持稳定。但是,如果 fp2 处于 UGBW 以内或附近,则运算放大器可能变得不稳定或有条件地稳定。
从开环交流分析中获得的相位裕度是用于评估闭环反馈配置中运算放大器稳定性的定量方法。相位裕度可预测系统是否可能保持稳定、振荡或表现出不确定的行为,尤其是在驱动容性负载时。根据开环交流稳定性分析,为确保稳定运行,通常需要至少 45° 的相位裕度。