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通用型运算放大器(运算放大器怎么接)

张世龙2021年12月06日 07:46天道酬勤1520

在电子设计中,运算放大器作为最常见的元件之一,被工程师用于各种信号调理电路中。然而,当设计中没有足够的裕量来支持运算放大器加载时,放大器很容易因为不稳定而振荡。

运算放大器稳定性问题最常见的原因是输出端的电容。容性负载的常见电路包括电容、MOSFET、电缆、高速光耦合器等。这些容性负载不能直接看到比电容,所以在设计中需要检查运算放大器的输出端是否连接到这些容性负载。

本文将讨论容性负载为什么会引起稳定性问题,并给出一种使用隔离电阻进行补偿的解决方案。

润实精密运算放大器RS8522

1.根据相位裕量的大小判断电路稳定性的方法。

相位裕量和增益裕量的概念

相位裕量:放大器开环增益和频率曲线中180相位与开环增益降至单位增益的相位之差的绝对值。

增益裕量:在放大器开环增益和频率曲线中,180相位下的增益与放大器开环增益降至单位增益时的增益之差的绝对值。

判断运算放大器电路的稳定性。

相补角

增益裕度

阶跃响应波形

20

3dB

严重衰减振荡

30

5dB

一些阻尼振荡

45

7dB

响应时间短

60

10dB

一般适用值

72

12dB

频率没有峰值。

表1相位裕量和增益裕量对应的阶跃响应的稳定性

稳定性可以通过表中的标准来判断。在设计放大器电路时,我们应该确保相位裕量大于45,最好大于60。增益裕量应高于10dB。当相位裕量下降到30以下时,频率特性图中会出现峰值,输出端的小负载电容会使电路陷入振荡。

2.运算放大器输出端容性负载分析

图2-1容性负载电路

">图2-2 容性负载电路波特图

如上图1-1及图1-2的电路及对应的波特图所示,10nF容性负载条件下,在Aol曲线上会生成一个极点,同时观察在增益为0dB的频点f对应的相位裕度只有4度左右。对应表格,此时在电路的相位裕度为4度的时候,可得出运放的电路输出是很不稳定的。

由下图中的运放内部等效结构图及对应的波特图,可以看到运放输出端的Ro与输出负载电容Cout会形成新的极点,对应的频率点为 1/(2πRo*Cout)处,最终在该极点以后Aol对应频率曲线下降的斜率会变为-40dB/10倍频,这也是可以判断运放工作在不稳定状态的一个因素之一。

图2-3 运放内部结构及等效电路

3、负载电容的补偿方法

通过在运放的输出端和负载电容之间接电阻的方式,加入一个零点,去抵消由输出阻抗和容性负载产生的极点。新增零点的频率,要保证环路增益曲线下降为0dB时,斜率为-20dB/十倍频,或者对应相位裕度大于45度,如下图3-1和图3-2所示:

图3-1 补偿后的容性负载电路

图3-2 补偿后的容性负载电路波特图

使用输出端串接电阻的方式做零点补偿后的Aol曲线可以看到一个零点抵消了由 Ro和Cout组成的极点,从而使得Aol曲线的斜率回到-20dB/dec,并显著改进了相位裕量。此时,经过零点补偿后的运放工作在稳定状态。

新增零点的频率,要保证环路增益曲线下降为0dB时,斜率为-20dB/10倍频,或者对应相位裕度大于45度。因此要在负载 Aol 曲线等于20dB时对应的频率 Fzero 然后使用左边展示的公式R1=1/(2πFzero*Cout)计算出R1的值。 依据波特图中给出的Fzero对应的相位裕度在60度以上,此时电路是稳定的。

RS8551/2/4—低功耗高精度零漂轨对轨运算放大器

需要注意的是不同类型的运放其带容性负载的能力也大不相同,数据手册当中经常会给出测试运放带容性负载能力的测试电路,这一点需要我们与实际应用区分开来。并不是所有的运放的输出带电容能力都很强。

润石科技提供类型广泛的运算放大器,能够更好的满足客户不同种类的应用需求。主要包括精密运算放大器、高速运算放大器、低噪声运算放大器、低失调电压运算放大器、微功耗运算放大器、高压通用放大器、高压高精度运算放大器、专用运算放大器、仪表放大器等系列产品,具有高品质、高性能、选型丰富等特点,广泛应用于医疗电子,汽车电子,消费电子、工业控制等领域!

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