雙極發(fā)射極跟隨器：具有雙通道反饋的RISO

我們選擇用于分析具有雙通道反饋的RISO的雙極發(fā)射極跟隨器為OPA177，具體情況請(qǐng)參閱圖1。OPA177為一款低漂移、低輸入失調(diào)電壓運(yùn)算放大器，其能在±3~±15V的電壓范圍內(nèi)工作。

圖1：雙極發(fā)射極跟隨器運(yùn)算放大器的技術(shù)規(guī)范。

圖2顯示了一款典型的雙極發(fā)射極跟隨器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。請(qǐng)注意，用于Vo的正負(fù)輸出驅(qū)動(dòng)均為雙極發(fā)射極跟隨器。目前，包含“等效電路圖”(表明運(yùn)算放大器內(nèi)部所用輸出級(jí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)并不多見(jiàn)。為此，只能通過(guò)廠商的內(nèi)部資料，我們才能確切了解輸出級(jí)的結(jié)構(gòu)。

圖2：典型雙極發(fā)射極跟隨器運(yùn)算放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

我們用于分析雙極發(fā)射極跟隨器的具有雙通道反饋的RISO電路如圖3所示。FB#1通過(guò)RF直接向負(fù)載(CL)提供反饋，從而促使Vout與VREF相等。FB#2通過(guò)CF提供了第二條反饋通道(在高頻率時(shí)占支配地位)，從而確保了運(yùn)行的穩(wěn)定性。Riso將FB#1和FB#2相互之間隔離開(kāi)來(lái)。需要注意的是，在目前用于穩(wěn)定電容性負(fù)載的許多技術(shù)中，我們采用了經(jīng)改進(jìn)的Aol方法(當(dāng)采用這種方法時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出阻抗和電容性負(fù)載改變了運(yùn)算放大器的Aol曲線)。在改變后的Aol曲線中，我們?cè)趫D上標(biāo)出1/，這將有助于電路的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)采用具有雙通道反饋的RISO時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，更易于維持運(yùn)算放大器Aol曲線不變并在圖上標(biāo)出FB#1 1/β和FB#2 1/β曲線。于是，我們將運(yùn)用疊加的方法，來(lái)獲得一條最終(net)的1/B_ετα曲線，這樣，當(dāng)在運(yùn)算放大器的Aol曲線上進(jìn)行標(biāo)繪時(shí)，我們就能夠輕松地生成一款針對(duì)這種電容性負(fù)載穩(wěn)定性問(wèn)題的解決方案。

圖3：具有雙通道反饋的RISO：發(fā)射極跟隨器。

一旦我們選擇了運(yùn)算放大器，如圖4所示的Aol測(cè)試電路就為開(kāi)展穩(wěn)定性分析提供了前提基礎(chǔ)。Aol曲線可從產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中獲取，或者從如圖所示的Tina SPICE仿真中測(cè)量得出。Aol測(cè)試電路采用雙電源供電，即使Vout近乎為零伏，我們?nèi)钥蓽y(cè)量空載時(shí)的Aol曲線，而且輸入共模電壓的要求易于滿足。R2和R1以及LT為低通濾波器函數(shù)提供了一條AC通道，從而允許我們?cè)诜答佂ǖ乐羞M(jìn)行DC短路和AC開(kāi)路操作。務(wù)必提請(qǐng)注意的是，在進(jìn)行AC分析前，SPICE必須開(kāi)展DC閉環(huán)分析，以找到電路的工作點(diǎn)。另外，R2和R1以及CT為高通濾波器函數(shù)提供了一條AC通道，這樣，使得我們能將DC開(kāi)路和AC短路一起并入輸入端。LT和CT按大數(shù)值等級(jí)選用，以確保其在各種相關(guān)的AC頻率時(shí)，電路短路和開(kāi)路情況下的正常運(yùn)行。

圖4：Aol測(cè)試示意圖：發(fā)射極跟隨器。

圖5：Aol測(cè)試結(jié)果：發(fā)射極跟隨器。

從TinaSPICE仿真測(cè)量得出的OPA177 Aol曲線如圖5所示。測(cè)量得出的單位增益帶寬為607.2kHz。

現(xiàn)在，我們必須測(cè)量如圖6所示的Zo(小信號(hào)AC開(kāi)環(huán)輸出阻抗)。該Tina SPICE測(cè)試電路將測(cè)試空載OPA177的Zo。R2和R1以及LT為低通濾波器函數(shù)提供了一條AC通道，這樣，使得我們能將DC短路和AC開(kāi)路一起并入反饋電路。DC工作點(diǎn)在輸出端顯示為接近零伏，這也就是說(shuō)，OPA177沒(méi)有電流流入或流出。此時(shí)，通過(guò)運(yùn)用1Apk AC電流生成器(我們能夠掃視10mHz至1MHz的AC頻率范圍)，Zo的測(cè)量工作就可以輕松完成。最后，得出測(cè)量結(jié)果Zo=Vout(如果將測(cè)量結(jié)果的單位從dB轉(zhuǎn)換為線性或?qū)?shù)，那么Vout也將為以歐姆為單位的Zo)。

從圖7中，我們可以看出，OPA177 Zo是雙極發(fā)射極跟隨器輸出級(jí)所獨(dú)有的特征，而且這種輸出級(jí)的Ro在OPA177單位增益帶寬之內(nèi)，是控制輸出阻抗的專(zhuān)門(mén)組件。OPA177的Ro為60歐姆。

圖7：開(kāi)環(huán)輸出阻抗：發(fā)射極跟隨器。

圖8：Zo外部模型：發(fā)射極跟隨器。

為了使1/β分析的情況包括在Zo與Riso、CL、CF以及RF之間相互作用的影響結(jié)果內(nèi)，我們需將Zo從運(yùn)算放大器的宏模型中分離出來(lái)，以便于弄清楚電路中所需的節(jié)點(diǎn)。這種構(gòu)思如圖8所示。U1將提供了產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的Aol曲線，并從Riso、CL、CF以及RF的各種影響中得到緩沖。

圖9：具有雙通道反饋的RISO：發(fā)射極跟隨器Zo外部模型詳圖：發(fā)射極跟隨器。