ZHDA008 December 2025 OPA187 , OPA192 , OPA202 , OPA320
图 5-8 示出了一个电路,在输入之间的 TVS 二极管的反相节点上具有大电容。使用尽可能小的反馈电容器来纠正电路稳定性问题,从而实现稳定性。电容值使用方程式 76 求出,极点频率可通过方程式 77 求出。通常,为了提高设计的稳健性,建议将该电容器舍入为最接近的标准值或更高值。实现稳定性的最小反馈电容直接在 AOL 和 1/β 的交点上放置一个零点,以将接近速率设置为 20dB/dec(请参阅图 5-9)。
图 5-8 示出了在所示情况下,选择了用于稳定电路的反馈电容器,以使反馈和反相节点上的 RC 时间常数相等 (RG × CIN = RF × CF)。对于这种平衡情况,可以使用方程式 76 选择 CF 的值。使用平衡方法时,反馈电容器的极点直接放置在输入电容器的零点上,使 1/β 看起来相对平坦(请参阅图 5-9)。之所以通常使用平衡方法,是因为该方法易于选择反馈电容器,并提供了一个可靠的选项。平衡方法的带宽低于最小 CF 方法,因此噪声也较低。
图 5-12 示出了选择大反馈电容器以使 fP< fZ 的电路,图 5-13 示出了开环响应。若将反馈电容器增加到超过平衡方法中使用的值,会进一步降低带宽和噪声。这种情况下的反馈电容器可根据带宽要求进行选择(请参阅方程式 79)。但是,可能会选择过大并会导致稳定性问题的 CF 值。与输入电容串联的反馈电容器会为运算放大器产生电容负载。通常,串联电容器根据方程式 80 相加,并且对于此示例,总电容的计算公式为方程式 81。如果 CF 和 CIN 足够大,总电容负载可能会导致不稳定。对于图 5-12 中的电路,相位裕度为 42.8°,而平衡情况下的相位裕度为 59.2°,因此大反馈电容器显然会降低稳定性。对于 CIN 较小的电路,由于总串联电容很小,因此通常可以在不考虑稳定性问题的情况下增加 CF 值。
图 5-15 总结了三种不同的设计情形(大 CF、平衡 CF 和最小 CF)。顶部的图显示增益与频率间的关系,中间的图显示噪声频谱密度,底部的图显示总 RMS 噪声。这个总结的要点是使用较大 CF 值会降低噪声和带宽。另一点是,增益与频率间的关系图不一定看起来像一阶低通滤波器,因为反馈电容器和 AOL 滚降会在高频下创建二阶系统。电容负载还会在增益开始滚降之前导致一定的增益峰值。对于大环路增益,增益图遵循 1/β 图。
模拟工程师计算器有一个实用程序,可使用反相节点上的电容绘制电路的开环和闭环响应图形。该工具还具有一个推荐补偿按钮,该按钮根据方程式 76 选择 CF 的最小值。此工具要求用户为运算放大器输入一些参数(增益带宽,AOL、RO 及第二个极点)。该工具假定输出阻抗,因此对于具有复杂输出阻抗的电路,需要进行仿真以提高精度。