ZHDA008 December 2025 OPA187 , OPA192 , OPA202 , OPA320
在某些情况下,运算放大器驱动电容负载,这时使用隔离电阻是不切实际的。一个示例是功率放大器,它驱动一个与低阻值电阻负载并联的电容器,也存在放大器必须提供更大输出电流的其他情况。图 4-42 显示了一个驱动与 10nF 电容器并联的 50Ω 负载的不稳定功率运算放大器。通过 方程式 58 使用 20Ω 的隔离电阻可以稳定此示例(请参阅图 4-43)。此应用的预期负载电压为10Vpk,负载电流为200mApk。然而,20Ω 隔离电阻会显著限制输出摆幅和负载电流。此外,20Ω 隔离电阻耗散 408mWpk(请参见图 4-44)。隔离电阻必须是一个物理尺寸较大且成本高昂的元件,以满足所需的额定功率。
对于需要提供较大输出电流的运算放大器,一种更好的方法是使用缓冲电路。缓冲器是串联 RC 电路的通用术语,用于缓冲 振荡。在这种情况下,缓冲器使运算放大器保持稳定,以便运算放大器可以驱动电容负载,而无需增加串联隔离电阻。图 4-45 显示了带有缓冲器电路的运算放大器和相关的瞬态响应。请注意,过冲百分比仅为 10.5%。此外,与 RISO 情况一样,没有直流功率或压降。当 CSN 充电时,该电路会在 RSN 中产生一些瞬态电流和功耗。
选择的缓冲电容器大约是电容负载的 100 倍。通常,缓冲电容器 (CSN) 在 1μF 到 10μF 范围内,缓冲电阻器介于 1Ω 到 100Ω 范围之间。由于 CSN 比负载电容大 100 倍,因此 CSN 在响应中占主导地位,并在方程式 59 中设置一个低频极点。RSN 设置一个零点,根据方程式 60 消除极点。为了实现稳定性,该零点需要在低于 AOL×β=0dB 的频率下发生。在高频下,原始电容负载 CL 在方程式 61 中引入了一个额外的极点。图 4-46 示出了缓冲器电路的开环响应。请注意,接近速率为 20dB/十倍频程,相位裕度为 79.9°,因为缓冲器零点抵消了 CSN 极点和原始 CL 极点。
缓冲器元件的选择方法示出了如何为缓冲器电路选择 RSN 和 CSN。总之,所选 CSN 值明显大于电容负载。然后使用参数阶跃扫描 RSN 值并寻找理想的瞬态响应(请参阅图 4-47)。选择 CSN 和 RSN 后,检查相位裕度的开环响应。
缓冲器元件选择方法
基准驱动器是另外一种经常使用缓冲器补偿方法的常见电路。基准驱动器是一种缓冲电压基准输出以增加瞬态响应速度及电压基准输出电流驱动的电路。通常,电压基准电路在输出端有一个大滤波电容器作为电荷库和噪声滤波器。当运算放大器用作基准缓冲器时,工程师希望将滤波电容器直接放置在运算放大器的输出端。但是,这样会导致稳定性问题。
使用 RISO 方法或 RISO 双反馈方法可以稳定该电路,但隔离电阻会限制输出电流和瞬态响应速度。缓冲器方法更好,因为放大器输出和负载之间没有电阻。请注意,在这种情况下,负载通常是 ADC 的基准输入,而 ADC 在转换期间具有快速瞬态电流需求。运算放大器、缓冲电容器及负载电容器都为负载提供瞬态电流(ADC 输入瞬态)。