驅(qū)動一個集成運算放大器的電容性負載可能是棘手的。如果負載電容太高，這會造成不穩(wěn)定，使運算放大器輸出振蕩。足夠的相位裕度對實現(xiàn)穩(wěn)定性至關(guān)重要。隨著負載電容增大，相位裕度會減小。如果您發(fā)現(xiàn)一個運算放大器輸出振蕩，首先要查看的是負載。
圖1. 在運算放大器輸出端的電容性負載會導(dǎo)致振蕩
負載電容可以包括任何連接到輸出的電容以及任何外部電容或由系統(tǒng)產(chǎn)生的寄生電容，包括PCB和探針。這個電容增加相位滯后，降低相位裕度。結(jié)合內(nèi)部輸出電阻，負載電容產(chǎn)生一個移動增益和相位圖的極點。這種效應(yīng)如圖2所示。
圖2. NCS2005增益和相位與頻率的關(guān)系
例如，安森美半導(dǎo)體的NCS2005是個8 MHz的運算放大器，設(shè)計用于驅(qū)動達1 nF的電容性負載。請注意，隨著負載電容增加，相位裕度開始下降得更快。負載電容1 nF，相位裕度下降到約25-30°，根據(jù)經(jīng)驗法則，這是設(shè)計一個系統(tǒng)應(yīng)提供的最小相位裕度。一個25 pF的較小的負載電容在該增益和相位圖推動該極點到更高的頻率，提高相位裕度至65°。
另一種提高相位裕度的方法是在輸出端增加一個小的串聯(lián)電阻。通常情況下，使用電阻值在10Ω 至50Ω之間的電阻。這串聯(lián)電阻本質(zhì)上有助于隔離運放輸出與負載電容。反饋是在串聯(lián)電阻前從運算放大器輸出取得。外部串聯(lián)電阻通常大于運放的輸出電阻，所以相移主要在于串聯(lián)電阻而不是運放。這種技術(shù)的缺點可能包括由于添加的電阻或低通濾波器外置R和C產(chǎn)生有限的頻率響應(yīng)造成的直流誤差，但有其它(更復(fù)雜)的技術(shù)避免這缺點。
圖3. 在電容器前添加電阻可幫助提高相位裕度
最后，提高相位裕度的另一種方法是增加電路的閉環(huán)增益。由于低輸出阻抗，單位增益最易受到不穩(wěn)定的影響。
在選擇運放時，檢查相位裕度對電容性負載的響應(yīng)總是個好辦法。一些運算放大器，如NCS2005，旨在驅(qū)動較大的負載。對于其他運放，如果您察覺到振蕩，請嘗試這其中一種技術(shù)來提高相位裕度。
作者：Farhana Sarder 安森美半導(dǎo)體
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