在設計運算放大器時,是不可能不含輸入電容的,而運算放大器的印刷電路板上就包含更多了(圖 1)。除了反饋電容器 CF,其他所有電容都是雜散電容,它們會影響電路的穩定性。 例如,如果人為將這些電容設置為零,則可以用公式 1 求得環路增益。運算放大器的開環增益 a 包含幅度和相位成分,因此波特(對數穩定性)圖中會產生相移。波特圖上的臨界點是增益幅度等于零(增益=1)的點;180°與實際相移之間的差是相位裕量。
外部元件是電阻性的;令 RG=RF,可以使環路增益降低 6dB。這可以進一步增強穩定性,并使波特圖上的縱截距下降 6dB,而極點位置保持不變。公式 2 給出了具有實際輸入電容(CF = 0)的反相放大器的環路增益,如圖 1 所示。
該輸入電容向環路增益增加了一個極點,并且當 RG 和 RF 的并聯值較小時,例如 500Ω,極點位置位于 f = 16.76 MHz 處。該極點在其位置頻率的十分之一處引起的相移基本為零,因此輸入電容不會影響增益帶寬小于 1.676 MHz 的運算放大器。當運算放大器的增益帶寬超過 1.676 MHz 時,該極點引起的相移會增加至環路增益相移,并且運算放大器會產生過沖、振鈴、隨后振蕩,這取決于其相位響應。
增加 RG 和 RF 的并聯值會導致極點頻率降低(RF || RG = 5kΩ時,f = 0.1676 MHz)。因此,相移發生得越快,不穩定性問題就越嚴重。傳統的解決辦法是,使高頻運算放大器電路中的電阻較小,以最大程度地減小雜散輸入電容的影響。解決輸入電容問題的另一種方案是增加一個反饋電容 CF。當電路中有輸入和反饋電容時,由公式 3 可以計算出其環路增益。
公式 3 中的零點始終先于極點; 因此,它的相移抵消了一部分負相移,直到極點起作用。通過使 RFCF = RGCG,電路就可以獨立于兩個電容器。這種方法對閉環帶寬性能而言通常并不是最佳選擇,因此工程師選擇使用較小的 CF 值。通過優化電阻值、電容值和運算放大器帶寬可以獲得最佳的高頻性能,但在實驗室,2CF = CG 是一個極好的起點。
反相運放和同相運放的穩定性是一樣的,因為穩定性與輸入無關。反相運算放大器的工作很像理論預測,但是同相運算放大器的抗共模能力較低,因為一部分輸入信號通過差分電容器(CD)饋入反相節點??构材P阅艿南陆祪H在高頻時才明顯。
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