【分享】解决容性负载导致的运算放大器不稳定问题

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1、运算放大器为什么振荡：两种常见原因的直观分析

 

第一种情况与电容性负载有关（图 a）。电阻器是运算放大器的开环输出电阻。电容器当然是负载电容。有些是需要驱动的容性负载，而有些是因为PCB设计造成的容性负载，比如输出端走线比较长形成了寄生电容。

第二种情况（图 b）反馈电阻和运放输入电容形成了 RC 网络。电路板连接也会增加该敏感电路节点处的电容。

对于第二种情况不一定是简单的 G = 1缓冲器电路，更常见的情况是使用反馈电阻器和接地电阻器的增益配置（图 c）。

这两种原因通常是结合在一起使得运放不稳定。

c)

 

2、通过修改Aol 和修改1/β 这两种方法来解决运算放大器不稳定的问题

 

（1）修改Aol 的补偿方法：添加RISO

关于驱动容性负载时，许多运放的数据手册中，都会建议在运放的环路外放置一个RISO 再与负载电容相连，如下图：

我们应注意到RISO 和RL 会组成一个分压网络，当RL 远大于5 欧时，这不是问题。但如果RL 较小，那么在后端处理中就要把这个分压效应考虑进去。同时，RISO 和CL 在环路外的极点会进一步限制运放电路（Vin 到Vout）的带宽。应该说，所有应用补偿而获得稳定性的方法都是通过牺牲带宽和速度来达到的。

（2）修改1/β 的补偿方法：增大噪声增益和添加CF

如图，我们保持R1 不变，增大R2 到9 倍的R1（使同相放大倍数为10），同时添加与R2 并联的68pF 电容CF。

图1中， opa320 G=1 时，20MHz 运算放大器的反馈环路内部 1.8MHz 极点便会带来问题。

第一个方法，将运算放大器置于更高的增益中，更高的增益可降低闭环放大器的带宽。图2 显示了驱动相同的 1nF 负载，但增益为 10 的 OPA320。不过，改进不能完全解决问题，将增益增加到 25 或更大，看起来会好一些。

图3 增益仍然为 10，但增加了 Cc，恰到好处的解决了振荡问题。Cc 过小时，响应看起来更像图 2。Cc 过大时，可能会出现问题，看起来更像图 1。在选择电容Cc时，可以借助于您的直觉，但是如果您想要提高补偿操作的能力水平，那么就需要波特图分析了。

图1

 

图2

 

图3

Annie Liu