ZHDA008 December   2025 OPA187 , OPA192 , OPA202 , OPA320

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
    1. 1.1 解释不稳定性的简单类比
    2. 1.2 可能存在稳定性问题的电路
    3. 1.3 基于数据表图的简单稳定性校正
    4. 1.4 实验室工具及测量简介
  5. 2运算放大器的稳定性理论
    1. 2.1 极点及零点
    2. 2.2 运算放大器型号稳定性验证的要求
    3. 2.3 基于控制环路型号的稳定性定义
    4. 2.4 基于 AOL 及 1/β 绘制环路增益图形
    5. 2.5 闭合稳定性测试速率
    6. 2.6 间接(无创)稳定性测试
  6. 3开环稳定性测试仿真
    1. 3.1 以错误的方式断开循环
    2. 3.2 使用 LC 测试电路来断开环路
    3. 3.3 差分环路断路测试
  7. 4电容负载的稳定性校正
    1. 4.1 隔离电阻器 (RISO) 方法
    2. 4.2 双反馈方法
      1. 4.2.1 RISO 具有 RL 的双反馈
      2. 4.2.2 采用 RFX 方法的双反馈
    3. 4.3 用于补偿功率放大器及基准驱动的缓冲器电路
    4. 4.4 用于稳定性补偿的噪声增益
    5. 4.5 反馈电容器 (CF) 电容负载补偿
  8. 5反相节点上电容的稳定性校正
    1. 5.1 由于 1/β 内为零造成的输入电容不稳定性
    2. 5.2 反馈电容器可以解决反相节点上电容的稳定性问题
    3. 5.3 最小、平衡及最大反馈电容
    4. 5.4 互阻抗案例
  9. 6复杂开环及闭环输出阻抗
    1. 6.1 将开环输出阻抗转换成闭环输出阻抗
    2. 6.2 开环及闭环型号测试
    3. 6.3 由于复数输出阻抗的谐振而导致不稳定
    4. 6.4 内部运算放大器拓扑对输出阻抗及频率间的影响
    5. 6.5 影响输出阻抗的其他因素
  10. 7AOL 对稳定性的影响
    1. 7.1 AOL 次级极点及零点
    2. 7.2 对 AOL 次级极点与零点以及输入电容进行建模
    3. 7.3 解补偿运算放大器及稳定性
    4. 7.4 闭环增益对稳定性的影响
  11. 8稳定性分析中的常见问题
  12. 9参考资料

AOL 次级极点及零点

本节介绍了由次级极点和零点所引起的 AOL 相位下降如何降低总体相位裕度。图 7-1 显示了 OPA320 的开环增益规格。请注意,由于主导极点,相位下降了 90°,并在 2MHz 左右开始下降到 90° 以下。相位下降低于 90°的原因是内部运算放大器拓扑中的次级极点及零点。从技术上讲,极点会导致相位低于 90°,零点实际上会导致相位增加。但是,极点多于零点,这导致相位在单位增益带宽附近降至 90°以下。极点和零点的确切放置和数量取决于运算放大器内部拓扑,因此未发布这些详细信息。幸运的是,德州仪器 (TI) 发布的运算放大器型号包含型号中的极点和零点、以便 AOL 增益和相位响应能够准确地为真实器件建模。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 OPA320 数据表中的开环增益规格图 7-1 OPA320 数据表中的开环增益规格

如前所述,TI 型号在运算放大器的单位带宽增益积附近准确地对相位压降进行建模。一个很好的做法是工程师练习使用已发布的型号进行稳定性分析。不过,为了方便说明,这里使用了简化的单极型号。在这种情况下,单极意味着该型号仅对主极点进行建模,而忽略次级极点和零点。图 7-2 示出了无电容负载的单极型号的开环增益和相位响应(例如,CL = 0F)。请注意,由于主极点,相位会下降到 90°,但不会下降到 90°以下,因为该型号没有次级极点和零点。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 OPA320 单极型号上的 AOL,其中 CL = 0pF图 7-2 OPA320 单极型号上的 AOL,其中 CL = 0pF

图 7-3 示出了采用 100pF 负载的单极 OPA320 型号。在这种情况下,电容负载会在 AOL 中增加第二个极点,如隔离电阻器 (RISO) 方法中所述。由于存在电容负载,相位裕度从 90° 下降到 49.4°。将单极型号的结果与德州仪器 (TI) 的 OPA320 发布型号进行比较,以说明次级极对稳定性的影响。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 OPA320 单极型号上的 AOL,其中 CL = 100pF图 7-3 OPA320 单极型号上的 AOL,其中 CL = 100pF

图 7-4 示出了德州仪器 (TI) 发布的 OPA320 型号在 CL = 0pF 时的 AOL 响应。检查 AOL 响应可以看出,高频下由于次级极点而出现了相位滚降。相位裕度为 80.9°,因此由于次级极点,会损失相位的大约 9.1°。添加电容负载时,这种相位损耗会增加电容负载导致的相位损耗。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 德州仪器 (TI) 发布的 OPA320 型号上的 AOL,其中 CL = 0pF图 7-4 德州仪器 (TI) 发布的 OPA320 型号上的 AOL,其中 CL = 0pF

图 7-5 示出了 CL = 100pF 时的 OPA320 型号 AOL 响应。在这种情况下,相位裕度为 36.1°,而同一情况下的单极型号具有 49.4°的相位裕度。单极型号和释放型号之间存在差异的原因是已发布型号中的次级极点和零点。请记住,单个极点的相位裕度为 90°,发布的型号的相位裕度为 80.9°,其中 CL = 0F。随着电容负载的相位下降,9.1° 的相位下降大致增加,从而进一步降低相位裕度。相位裕度是 AOL 中的次级极点和零点以及电容负载的系数。实际上,开环输出阻抗也会影响相位裕度,如复杂开环及闭环输出阻抗中所述。最后,这里的要点是强调使用正确建模 AOL 的运算放大器型号的重要性。此外,根据假定采用单极运算放大器响应的理论,本节还介绍了为什么相位裕度有时小于预期。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 德州仪器 (TI) 发布的 OPA320 型号上的 AOL,其中 CL = 100pF图 7-5 德州仪器 (TI) 发布的 OPA320 型号上的 AOL,其中 CL = 100pF