運(yùn)算放大器容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)分析

(3)環(huán)路內(nèi)補(bǔ)償法
如果RL值未知，或者是動(dòng)態(tài)值，那么增益級(jí)的有

圖4 環(huán)路外補(bǔ)償法
效輸出電阻必須很低。在這種情況下，在整個(gè)反饋環(huán)路內(nèi)接一個(gè)電阻RX是很有用的，如圖5所示。在這個(gè)電路中，由于直流和低頻反饋都是來自負(fù)載電阻RL，所以從輸入端到負(fù)載的信號(hào)增益不受分壓器RX和RL的影響。

圖5 環(huán)路內(nèi)補(bǔ)償法
RX=RORGRF
CF=RO+RXRF·CL
在這個(gè)電路中外接的電容CF是用來抵消CL產(chǎn)生的附加極點(diǎn)和零點(diǎn)。為了簡便起見，CF產(chǎn)生的零點(diǎn)頻率應(yīng)該與CL產(chǎn)生的極點(diǎn)頻率相一致，CF產(chǎn)生的極點(diǎn)頻率應(yīng)該與CL產(chǎn)生的零點(diǎn)頻率相一致。因此整個(gè)傳遞函數(shù)和相頻響應(yīng)好像似沒有電容作用一樣。為了確保極點(diǎn)和零點(diǎn)作用相互抵消，圖5中的方程必須求解準(zhǔn)確。還應(yīng)注意方程成立的條件：RFRO,RGRO，RLRO。如果負(fù)載電阻很大，這些條件容易滿足。

當(dāng)RO未知時(shí)，計(jì)算則很困難。在這種情況下，設(shè)計(jì)過程變成猜謎游戲。應(yīng)該注意“SPICE”這個(gè)詞：運(yùn)算放大器的SPICE模型是一種不能精確地表示運(yùn)放開環(huán)輸出電阻RO的模型，所以這種模型不能完全取代傳統(tǒng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。還應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出的是，為了采用這種方法，CL必須已知(且為常數(shù))。在許多應(yīng)用中，放大器驅(qū)動(dòng)一個(gè)電路外部的負(fù)載，當(dāng)負(fù)載改換時(shí)，CL也應(yīng)該適當(dāng)變化。只有當(dāng)CL接入閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，使用上述電路才最適合。這種在基準(zhǔn)電壓的緩沖器或倒相器中，驅(qū)動(dòng)一個(gè)大的去耦電容。這里CL是固定值，可以精確地抵消極點(diǎn)和零點(diǎn)的作用。與前兩種方法相比，這種方法非常適合用于低直流輸出電阻和低噪聲的情況。而且像對(duì)基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行去耦的那么大的容性負(fù)載(一般幾微法)，用其它方法補(bǔ)償都是不切實(shí)際的。

上述三種補(bǔ)償方法都各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。為了對(duì)你的應(yīng)用做出最好的選擇，應(yīng)該對(duì)它們有足
夠的認(rèn)識(shí)。這三種方法都適合用于“標(biāo)準(zhǔn)”用法，即單位增益穩(wěn)定，電壓反饋運(yùn)算放大器(V
FA)。對(duì)于特殊應(yīng)用的放大器，讀者應(yīng)該采用其它方法。

問：我的運(yùn)放有一個(gè)“補(bǔ)償”腳。當(dāng)驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)，為使電路保持穩(wěn)定，我能用它對(duì)運(yùn)放進(jìn)行補(bǔ)償嗎?

答：可以。這是對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償?shù)淖詈唵蔚姆椒ā，F(xiàn)在許多運(yùn)放都帶有使單位增益穩(wěn)定的內(nèi)部補(bǔ)償電路。但是許多運(yùn)放只有在很高噪聲增益下才能一直保持固有的穩(wěn)定性。這類運(yùn)放有一個(gè)與外部電容相連的引腳，用來減少主極點(diǎn)頻率。為了在低增益時(shí)工作穩(wěn)定，外接電容必須靠近這個(gè)引腳，以減小增益帶寬積。當(dāng)驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)，增加外接電容過補(bǔ)償)可以提高穩(wěn)定性，但是帶寬降低。

問：到現(xiàn)在為止，你只討論了VFA的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)問題，是嗎?那么對(duì)于電流反饋運(yùn)算放大器(CFA)的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)問題應(yīng)如何處理?上述討論的那些方法，我可以使用嗎?

答：當(dāng)驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)，對(duì)CFA的一些特性要特別注意，但容性負(fù)載對(duì)電路的影響是相同的。與運(yùn)放輸出電阻相連的容性負(fù)載產(chǎn)生附加極點(diǎn)，從而增加相移并降低相位裕度，有可能產(chǎn)生尖峰、振鈴，甚至振蕩。但是，因?yàn)镃FA不存在增益帶寬積這個(gè)概念(帶寬依賴于增益的程度很小)，所以通過簡單增加噪聲增益的方法，對(duì)提高電路穩(wěn)定性沒有顯著作用。這樣便使第一種方法失效。另外，電容絕不應(yīng)接入CFA反饋環(huán)路，這樣又使第三種方法失效。對(duì)驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的CFA進(jìn)行補(bǔ)償最合適的方法是方法2，在環(huán)路外串接一個(gè)電阻。

問：你上述介紹了一些很有用的方法，但是我還不能處理容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)問題。另外，我的印制線路板已經(jīng)制好，并且不想報(bào)廢。請(qǐng)問是否有驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載自身很穩(wěn)定的運(yùn)放?

答：有。ADI公司提供一些很有用的運(yùn)放，它們既能驅(qū)動(dòng)“無限制”容性負(fù)載，同時(shí)又能保持優(yōu)良的相位裕度，如表1所示。表1還給出了驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載可高達(dá)規(guī)定值的另一類運(yùn)放。所謂驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載“無限制”并不是意味著驅(qū)動(dòng)10μF容性負(fù)載像驅(qū)動(dòng)阻性負(fù)載那樣具有相同的轉(zhuǎn)換速率。