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

影响输出阻抗的其他因素

大多数运算放大器数据表中给出的开环输出阻抗曲线为典型值。运算放大器型号中也使用了数据表典型值。ZO 典型测量是在室温下以典型电源和负载条件进行的。输出电流、温度、电源电压及工艺变化等因素可能会导致 ZO 发生变化。大多数数据表都不提供最坏情况 ZO 的估算值,因此建议以保守的相位裕度为目标,即使 ZO 存在一些变化,该相位裕度也保持稳定。因此,即使 35° 可能提供可接受的瞬态响应,TI 通常也建议最小的 45° 相位裕度。因此,如果将电路设计为 45°的相位裕度,则在整个工艺和温度范围内,相位裕度可能会在 40°和 50°之间变化,这通常是可以接受的。

图 6-22 说明了 OPA376 的负载电流(放大器输出电流)如何改变 ZO。通常,ZO 会随着负载电流的增加而降低。通常,数据表中的 ZO 曲线是在最小负载电流(大 RL)下测量的。对于重负载(小 RL),ZO 会降低、这通常会提高稳定性。一些放大器数据表(如 OPA376)显示了多个不同负载的 ZO,以显示 ZO 如何随负载电流变化。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 OPA376 的开环输出阻抗与负载电流间的关系图 6-22 OPA376 的开环输出阻抗与负载电流间的关系

图 6-23 所示为 PGA900 的 ZO 如何随温度变化的示例。接下来的几个示例中使用 PGA900,因为 PGA900 的开环输出阻抗在大多数器件都没有进行测试的广泛条件下具有额定值。虽然每个放大器都具有不同的特性和灵敏度,但 PGA900 数据给出了一个粗略的预期结果。图 6-23 显示温度在较低频率下会产生更显著的影响。在大多数存在稳定性问题的电路中,高频 ZO 决定了放大器稳定性,而低频 ZO 并不重要。在本例中,曲线相对集中在 10kHz 之后 (ΔZO(1MHz) ≅ ±20%)。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 PGA900 的开环输出阻抗与温度间的关系图 6-23 PGA900 的开环输出阻抗与温度间的关系

PGA900 的 ZO 与电源电压之间的变化实际上可以忽略不计(请参阅图 6-24)。这很有道理,因为运算放大器使用内部偏置方案,使不同内部块的偏置电流相对于电源电压保持恒定。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 PGA900 的开环输出阻抗与电源电压间的关系图 6-24 PGA900 的开环输出阻抗与电源电压间的关系

图 6-25 示出 PGA900 的 ZO 处理差异。我们在多个批次中为多个不同器件收集了数据,这些曲线表示最坏情况偏差。与本节中的其他曲线一样,高频变化不是那么显著,因此对稳定性的总体影响不是那么显著。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 PGA900 开环输出阻抗与处理的关系图 6-25 PGA900 开环输出阻抗与处理的关系

图 6-26图 6-27 示出了去耦对于运算放大器稳定性的重要性。图 6-26 示出了用于测量 ZO 的测试电路。电路在标有 RPS 的放大器电源中有一个源阻抗。这可能是感抗,但为简单起见,使用了一个电阻。在安装去耦电容器 C2 和 C3 的情况下,从交流的角度有效地对电源电阻进行短路。如果省略去耦,电阻 RPS 会有效地增加开环输出阻抗 ZO。因此,不正确的去耦或缺少去耦通常会导致运算放大器不稳定。图 6-27 示出了在移除去耦并向电源添加电阻器 RPS 的情况下 OPA827 测得的 ZO。检查图可以看出,源电阻增加了开环输出阻抗。这里的关键点是,此测量是在没有去耦电容器的情况下进行的。添加去耦可以有效地将 RPS 短路,以便所有 ZO 值都与原始 ZO 匹配,而不考虑 RPS。因此,从稳定性的角度来看,去耦电容器非常重要。为了实现良好的稳定性,应在放大器电源引脚和接地端之间至少使用 0.1µF 去耦并保持短连接。

OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 开环输出阻抗测试与源阻抗和去耦之间的关系图 6-26 开环输出阻抗测试与源阻抗和去耦之间的关系
OPA187 OPA202 OPA320 OPA192 OPA827 的开环输出阻抗与电源阻抗间的关系图 6-27 OPA827 的开环输出阻抗与电源阻抗间的关系

本节的目的是强调工艺、负载、温度及去耦都会影响 ZO 和稳定性。由于大多数放大器数据表和相关的 SPICE 型号使用 ZO的典型值,因此制定保守的相位裕度设计目标非常重要,这样电路才能在整个工艺和温度范围内保持稳定。这是 45° 一般性指导背后的动机。