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電容性負(fù)載和相位裕度

發(fā)布時間:2021-05-10 來源:Farhana Sarder 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】驅(qū)動一個集成運算放大器的電容性負(fù)載可能是棘手的。如果負(fù)載電容太高,這會造成不穩(wěn)定,使運算放大器輸出振蕩。足夠的相位裕度對實現(xiàn)穩(wěn)定性至關(guān)重要。隨著負(fù)載電容增大,相位裕度會減小。如果您發(fā)現(xiàn)一個運算放大器輸出振蕩,首先要查看的是負(fù)載。
 
為何在輸出端連接一個電容時,我的運算放大器會振蕩?
 
驅(qū)動一個集成運算放大器的電容性負(fù)載可能是棘手的。如果負(fù)載電容太高,這會造成不穩(wěn)定,使運算放大器輸出振蕩。足夠的相位裕度對實現(xiàn)穩(wěn)定性至關(guān)重要。隨著負(fù)載電容增大,相位裕度會減小。如果您發(fā)現(xiàn)一個運算放大器輸出振蕩,首先要查看的是負(fù)載。
 
電容性負(fù)載和相位裕度
圖1. 在運算放大器輸出端的電容性負(fù)載會導(dǎo)致振蕩
 
負(fù)載電容可以包括任何連接到輸出的電容以及任何外部電容或由系統(tǒng)產(chǎn)生的寄生電容,包括PCB和探針。這個電容增加相位滯后,降低相位裕度。結(jié)合內(nèi)部輸出電阻,負(fù)載電容產(chǎn)生一個移動增益和相位圖的極點。這種效應(yīng)如圖2所示。
 
電容性負(fù)載和相位裕度
圖2. NCS2005增益和相位與頻率的關(guān)系。
 
例如,安森美半導(dǎo)體的NCS2005是個8 MHz的運算放大器,設(shè)計用于驅(qū)動達(dá)1 nF的電容性負(fù)載。請注意,隨著負(fù)載電容增加,相位裕度開始下降得更快。負(fù)載電容1 nF,相位裕度下降到約25-30°,根據(jù)經(jīng)驗法則,這是設(shè)計一個系統(tǒng)應(yīng)提供的最小相位裕度。一個25 pF的較小的負(fù)載電容在該增益和相位圖推動該極點到更高的頻率,提高相位裕度至65°。
 
另一種提高相位裕度的方法是在輸出端增加一個小的串聯(lián)電阻。通常情況下,使用電阻值在10Ω 至50Ω之間的電阻。這串聯(lián)電阻本質(zhì)上有助于隔離運放輸出與負(fù)載電容。反饋是在串聯(lián)電阻前從運算放大器輸出取得。外部串聯(lián)電阻通常大于運放的輸出電阻,所以相移主要在于串聯(lián)電阻而不是運放。這種技術(shù)的缺點可能包括由于添加的電阻或低通濾波器外置R和C產(chǎn)生有限的頻率響應(yīng)造成的直流誤差,但有其它(更復(fù)雜)的技術(shù)避免這缺點。
 
電容性負(fù)載和相位裕度
圖3. 在電容器前添加電阻可幫助提高相位裕度
 
最后,提高相位裕度的另一種方法是增加電路的閉環(huán)增益。由于低輸出阻抗,單位增益最易受到不穩(wěn)定的影響。
 
在選擇運放時,檢查相位裕度對電容性負(fù)載的響應(yīng)總是個好辦法。一些運算放大器,如NCS2005,旨在驅(qū)動較大的負(fù)載。對于其他運放,如果您察覺到振蕩,請嘗試這其中一種技術(shù)來提高相位裕度。
 
 
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