我需要多大的運算放大器帶寬？（3）

　　在這個包含三篇文章的博客系列中，我介紹了如何為您的互阻抗放大器電路選擇具有足夠帶寬的運算放大器。閱讀第 1 部分了解相關(guān)內(nèi)容。在第 2 部分中，我不僅創(chuàng)建了一個設(shè)計實例(使用該過程選擇可滿足這些電路需求的運算放大器)，而且還確定了所需的運算放大器帶寬是 5.26MHz。

　　表1：互阻抗放大器的實例性能要求

　　現(xiàn)在，我們將對比兩個運算放大器：一個符合要求，另一個不符合。

　　表2：設(shè)計實例中兩個運算放大器的增益帶寬積對比

　　相位裕度對比

　　相位裕度是一個穩(wěn)定性指標，可在環(huán)路增益等于 0dB 的位置將放大器環(huán)路增益 (AOL* β) 相位與 180 度相比。0 度相位裕度表明負反饋已經(jīng)變成正反饋，說明系統(tǒng)不穩(wěn)定。相位裕度可使用第 2 部分(圖 1)的電路進行測量，其可中斷反饋環(huán)路。在 AOL* β 電壓幅值等于 0dB 的頻率位置可測量 AOL* β 電壓的相位(Vout 探針)。

　　圖1：用于評估相位裕度的TINA-TI?仿真原理圖

　　圖 2 是在Tina-TI中使用OPA316得到的 ac 傳輸特征仿真結(jié)果。從游標位置我們可以看到在 232.455 kHz 下 AOL* β = 0dB 時，相位裕度為 66.66 度。

　　圖2：用于確定相位裕度的環(huán)路增益波特圖

　　重復(fù)OPA313的這一分析可得到 31.65 度的相位裕度。從技術(shù)上講，該部分在這一相位裕度下是穩(wěn)定的，但它不會被視為穩(wěn)定的設(shè)計。如果生產(chǎn)了大量這樣的電路，有一些可能會因運算放大器技術(shù)參數(shù)的容差問題而不穩(wěn)定。

　　階躍響應(yīng)對比

　　降低的相位裕度還會產(chǎn)生其它影響。例如，它可導(dǎo)致電路階躍響應(yīng)中的過沖和振鈴問題。為說明這種影響，我使用瞬態(tài)仿真在電路輸入端應(yīng)用了 1uA 電流階躍 (IG1)，并測量了趨穩(wěn)到 0.1% 理想值所需的時間。

　　圖3：將1uA電流階躍應(yīng)用到輸入端，以仿真階躍響應(yīng)

　　OPA316的階躍響應(yīng)不僅表現(xiàn)出最低的過沖，而且還在 13μs 內(nèi)趨穩(wěn)至 0.1%。相反，OPA313則在響應(yīng)過程中表現(xiàn)出顯著的過沖和振鈴，需要 75μs 才能趨穩(wěn)到 0.1%。

　　圖4：用于1uA輸入電流階躍(綠)的OPA316(藍)和OPA313(紅)的階躍響應(yīng)

　　幅值響應(yīng)對比

　　最后，降低的相位裕度會引起電路傳輸函數(shù)峰值。圖 5 是兩個運算放大器的幅值響應(yīng)。OPA313的傳輸函數(shù)出現(xiàn)了 5dB 的增益峰值，這可能是無法接受的。更糟的是，使用OPA313時的 -3dB 位置是 78.47kHz。

　　圖5：使用OPA313(紅)和OPA316(藍)構(gòu)建的互阻抗放大器的頻率響應(yīng)對比

　　另一方面，OPA316的傳輸函數(shù)不僅沒有出現(xiàn)峰值，而且 -3dB 位置為 134.41kHz。

　　結(jié)論

　　對比計分板顯示：OPA316更符合我們的設(shè)計要求：

　　但這并不奇怪!我們的這 3 個步驟得到了 5.26MHz 的最小增益帶寬要求。如果低于該值，電路穩(wěn)定性、趨穩(wěn)時間與帶寬都會受到影響。希望本系列文章所介紹的這 3 個步驟將有助于您為您的互阻抗放大器快速選擇合適的運算放大器，或者至少能幫忙將TI 1375 種選項縮小到一定的范圍!