放大器的穩(wěn)定性，選對(duì)反饋電阻很重要

信號(hào)需要增益時(shí)，放大器是首選組件。對(duì)于電壓反饋型和全差分放大器，反饋和增益電阻之比RF/RG決定增益。一定比率設(shè)定后，下一步是選擇RF或RG的值。RF的選擇可能影響放大器的穩(wěn)定性。

放大器的內(nèi)部輸入電容可在數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格表中找到，其與RF交互以形成傳遞函數(shù)中的一個(gè)極點(diǎn)。如果RF極大，此極點(diǎn)將影響穩(wěn)定性。如果極點(diǎn)發(fā)生的頻率遠(yuǎn)高于交越頻率，則不會(huì)影響穩(wěn)定性。不過，如果通過f = 1/(2πRFCin,amp)確定的極點(diǎn)位置出現(xiàn)在交越頻率附近，相位裕量將減小，可能導(dǎo)致不穩(wěn)定。

圖1的示例顯示小信號(hào)閉環(huán)增益與 ADA4807-1電壓反饋型放大器頻率響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，采用同相增益為2的配置，反饋電阻為499 ?、1 k?和10 k?。數(shù)據(jù)手冊(cè)建議RF值為499 。

圖1.使用不同反饋電阻的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果。VS = ±5 V，

VOUT = 40 mV p-p，RLOAD = 1 k?，針對(duì)499 ?、1 k?和10 k?的RF值

小信號(hào)頻率響應(yīng)中的峰化程度表示不穩(wěn)定性。RF從499 ?增加至1 k?可稍微增加峰化。這意味著RF為1 k?的放大器具有充足的相位裕量，且較穩(wěn)定。RF為10 k?時(shí)則不同。高等級(jí)的峰化意味著不穩(wěn)定性(振蕩)，因此不建議。

圖2.使用ADA4807 SPICE模型的模擬結(jié)果。

VS = ±5 V，G = 2，RLOAD = 1 k?，針對(duì)499 ?、1 k?和10 k?的RF值。

在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證電路不是檢驗(yàn)潛在不穩(wěn)定性的強(qiáng)制步驟。圖3顯示使用SPICE模型的模擬結(jié)果，采用相同的RF值499 ?、1 k?和10 k?。結(jié)果與圖1一致。圖3顯示了時(shí)域內(nèi)的不穩(wěn)定性。

圖3.使用ADA4807 SPICE模型的脈沖響應(yīng)模擬結(jié)果。

VS = ±5 V，G = 2，RLOAD = 1 k?，針對(duì)499 ?、1 k?和10 k?的RF值

通過在RF兩端放置反饋電容給傳遞函數(shù)添加零點(diǎn)，可以去除圖4所示的不穩(wěn)定性。

圖4.脈沖響應(yīng)仿真結(jié)果， 使用3.3 pF反饋電容CF。

VS = ±5 V， G = 2， RF = 10 k? ， RLOAD = 1 k?。

RF的選擇存在權(quán)衡，即功耗、帶寬和穩(wěn)定性。如果功耗很重要，且數(shù)據(jù)手冊(cè)建議反饋值無(wú)法使用，或需要更高的RF值，可選擇與RF并聯(lián)放置反饋電容。此選擇產(chǎn)生較低的帶寬。

為電壓反饋型和全差分放大器選擇RF時(shí)，需要考慮系統(tǒng)要求。如果速度不重要，反饋電容有助于穩(wěn)定較大的RF值。如果速度很重要，建議使用數(shù)據(jù)手冊(cè)中推薦的RF值。忽略RF與穩(wěn)定性、帶寬和功率的關(guān)系可能妨礙系統(tǒng)，甚至阻礙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完整性能。