電容性負(fù)載的穩(wěn)定性—具有雙通道反饋的RISO(1)

本系列的第10部分是我們所熟悉的《電氣工程》雜志 (Electrical Engineering) 中《保持電容性負(fù)載穩(wěn)定的六種方法》欄目的第六種方法(也是最后一種方法)。這六種方法包括Riso、高增益和CF、噪聲增益和CF、輸出引腳補(bǔ)償以及具有雙通道反饋的RISO。在第10部分中，我們將闡述具有雙通道反饋的RISO。

這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常用于緩沖高精度參考集成電路。作為一種電壓緩沖器，運(yùn)算放大器電路可提供較高的源電流和吸收電流，這兩種電流最初均來自高精度參考集成電路。雖然，我們特別關(guān)注其中一種電路增益——電壓跟隨器電路增益，但是，當(dāng)增益大于1時(shí)(只對所提供的計(jì)算公式做稍微調(diào)整)，我們?nèi)钥梢圆捎镁哂须p通道反饋的 RISO。在此我們將重點(diǎn)講述兩種最主要的運(yùn)算放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即雙極發(fā)射極跟隨器以及CMOS RRO。分析和合成的步驟和技術(shù)相類似，但是，仍存在細(xì)微的差別，這些細(xì)微的差別足以確保觀察到各種不同的輸出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了獲得一種意外的收獲，我們有意不遵循經(jīng)以往的歷史經(jīng)驗(yàn)，并創(chuàng)建BIG NOT以檢測不適當(dāng)穩(wěn)定性補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

從穩(wěn)定性分析工具套件中，我們可以看到，具有雙通道反饋的RISO技術(shù)由一階分析得出，經(jīng)Tina SPICE環(huán)路穩(wěn)定性仿真確認(rèn)，并由Tina SPICE中的Vout/Vin AC傳輸函數(shù)分析進(jìn)行檢驗(yàn)，最后采用Tina SPICE中的實(shí)際瞬態(tài)穩(wěn)定性測試方法進(jìn)行全面的檢驗(yàn)。在過去長達(dá)25年中，我們在真實(shí)環(huán)境以及實(shí)際的電路情況下進(jìn)行了測算，充分驗(yàn)證了這種電容穩(wěn)定性技術(shù)。然而，由于資源的限制，本文所述電路并未進(jìn)行實(shí)際構(gòu)建，在此僅供讀者練習(xí)或在自身特定的技術(shù)應(yīng)用(如分析、合成、仿真、構(gòu)建以及測試等)中使用。

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，具體情況請參閱圖10.1。OPA177為一款低漂移、低輸入失調(diào)電壓運(yùn)算放大器，其能在±3V ～±15V的電壓范圍內(nèi)工作。

圖 10.1 雙極發(fā)射極跟隨器運(yùn)算放大器的技術(shù)規(guī)范

圖10.2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)。請注意，用于Vo的正負(fù)輸出驅(qū)動均為雙極發(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)部所用輸出級的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))的產(chǎn)品說明書并不多見。為此，只能通過廠商的內(nèi)部資料，我們才能確切了解輸出級的結(jié)構(gòu)。

圖 10.2 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10.3所示。FB#1通過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相互之間隔離開來。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，我們在圖上標(biāo)出1/β，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，來獲得一條最終 (net) 的1/Βετα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這種電容性負(fù)載穩(wěn)定性問題的解決方案。

圖 10.3 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10.4所示的Aol測試電路就為開展穩(wěn)定性分析提供了前提基礎(chǔ)。Aol曲線可從產(chǎn)品說明書中獲取，或者從如圖所示的Tina SPICE仿真中測量得出。Aol測試電路采用雙電源供電，即使Vout近乎為零伏，我們?nèi)钥蓽y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，從而允許我們在反饋通道中進(jìn)行DC短路和AC開路操作。務(wù)必提請注意的是，在進(jìn)行AC分析前，SPICE必須開展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開路和AC短路一起并入輸入端。LT和CT按大數(shù)值等級選用，以確保其在各種相關(guān)的 AC 頻率時(shí)，電路短路和開路情況下的正常運(yùn)行。

圖 10.4 Aol測試示意圖：發(fā)射極跟隨器

從Tina SPICE仿真測量得出的OPA177 Aol曲線如圖10.5所示。測量得出的單位增益帶寬為607.2kHz。

圖 10.5 Aol測試結(jié)果：發(fā)射極跟隨器

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