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运算放大器稳定性分析系列（八）
发布时间:2016-08-23 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]- 本系列的第六部分是新《电气工程》杂志(ElectricalEngineering)中“保持容性负载稳定的六种方法”栏目的开篇。这6种方法分别是RISO、高增益及CF、噪声增益、噪声增益及CF、昆山电感厂输出引脚补偿以及具有双通道反馈的RISO。第6部分介绍了RISO、高增益及CF和噪声增益前三种方法。第7部分重新研究了用于双极性射极跟随器与CMOSPRO运算放大器的小信号AC输出阻抗ZO。现在，我们将在第8部分即本部分通过对噪声增益及CF的研究侧重探讨如何实现电容性负载的稳定性。
我们将采用稳定性分析工具套件(其中包括ZO分析、Aol修正曲线创建、一阶分析与合成、TinASPICE环路稳定性仿真、TinASPICE瞬态仿真以及TinASPICEVout/Vin传递函数分析等)中大家都非常熟悉的工具来进行研究。在过去长达24年中，我们在真实环境下以及实际电路中进行了大量的测试，充分验证采用噪声增益及CF方法能够取得预期的效果。不过，由于资源限制，本文专门介绍的每条电路并未进行实际构建，仅用于读者练习或在个人应用(电感生产厂家如：分析、合成、仿真、构建与测试)中使用。
噪声增益与及CF补偿分为两种不同的情况：反相噪声增益及CF和非反相噪声增益及CF。顾名思义，两者的区别在于运算放大器电路配置是反相配置还是非反相配置。
用于噪声增益及CF电容性负载稳定性分析的运算放大器
我们进行噪声增益及CF电容性负载分析时所选择的运算放大器是CMOSRRIO运算放大器，其规格如图8.1所示。OPA348一体成型电感是具有轨至轨输入(超出每个电源0.2V以上)和轨至轨输出(当Iout=27uA时，Vsat=25mV)的低静态电流(65uA)运算放大器，专为单电源供电的系统而精心优化的。OPA348在最高饱和电压等于1V时还可提供5mA的输出电流。由于它是CMOSRRO运算放大器，因此我们需要了解其开环输出阻抗，以便为环路稳定性合成创建Aol修正曲线。
图8.1：典型的CMOSRRIO运算放大器
反相噪声增益及CF
噪声增益及CF补偿常用于涉及到低压电源的应用中，即要求在1/2电源电压时产生参考电压(如图8.2所示)。为了良好响应此类参考电压输出端的AC负载瞬态，电容器通常直接布置在运算放大器的输出端。这种“斗式充电装置”可以为高频瞬态负载提供及时保护，同时运算放大器能够准确地对电容器进行再充电并使整体DC电压保持在可编程的电平上。反相噪声增益及CF分析将采用图中所示的电路，其中运算放大器由两端分别接-5V和地来供电。输入信号是带-1/2增益的+5V电压，可产生-2.5V的参考输出电压。我们将设计承载-5mA负载电流的500欧姆负载。
图8.2：在1/2电源电压时产生负参考电压
为了预测电容性负载会对Aol曲线产生哪些影响，我们首先要查明假定通过DC负载的电流为-5mA时ZO的情况。我们将采用“第7部分(共15部分)：RO何时转变为ZO？”中介绍的用于研究CMOSRROZO的方法与模型。在图8.3中，L1为1太拉亨利(Tera-Henry)电感，RI用于设定U1输出锻的负载电流。直流情况下，L1短路，而对于所有相关的交流频率，L1开路。通过利用一个1ApkAC电流发生器(其经过频率扫描)驱动U1输出，VOA可以直接转变为ZO。
图8.3：ZO测试电路
图8.4显示了采用TinASPICE分析工具分析的AC结果。我们可以看出，对于既定的DC负载(-5mA)来说，ZO包含一个42.43欧姆的RO分量，在fz=1.76kHz时为相位为0。
图8.4：ZOTinASPICE图
如图8.5所示，我们建立了CMOSRRO模型。利用RO与fz的测量值，我们可以快速计算出CO并建立DC负载电流为-5mA时的OPA348ZO模型。
图8.5：OPA348电感器生产ZO模型
然后采用叠加法创建在电容性负载CL的影响下所形成的Aol修正曲线。我们开始只考虑由于CL影响所产生的模压电感Aol修正曲线(忽略RL的影响)，如图8.6所示。利用ZO模型，我们可以计算由于ZO和CL的影响而在Aol修正曲线中形成的极点fp2。
图8.6：CL影响下的Aol修正曲线热微接触印刷制备酚醛树脂微纳米图案表面精细图案是指在至少一维的方向上生成纳 米级的规则表面结构，利用聚合物的热化学性质实 现微纳米精细图案化的方法，已经引起了越来越广 泛的关注．这样的技术包括利用激光产
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