為何在輸出端連接一個電容時，我的運算放大器會振蕩？

 

驅(qū)動一個集成運算放大器的電容性負(fù)載可能是棘手的。如果負(fù)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(fù)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(fù)載。

 

圖1. 在運算放大器輸出端的電容性負(fù)載會導(dǎo)致振蕩

 

負(fù)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(fù)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(dá)1 nF的電容性負(fù)載。請注意，隨著負(fù)載電容增加，相位裕度開始下降得更快。負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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。

 

 

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