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放大器的稳定性,选对反馈电阻很重要

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发表于 2020-3-12 15:32 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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信号需要增益时,放大器是首选组件。对于电压反馈型和全差分放大器,反馈和增益电阻之比RF/RG决定增益。一定比率设定后,下一步是选择RF或RG的值。RF的选择可能影响放大器的稳定性。- O% S" x( N( q- I/ i& o7 h
  放大器的内部输入电容可在数据手册规格表中找到,其与RF交互以形成传递函数中的一个极点。如果RF极大,此极点将影响稳定性。如果极点发生的频率远高于交越频率,则不会影响稳定性。不过,如果通过f = 1/(2πRFCin,amp)确定的极点位置出现在交越频率附近,相位裕量将减小,可能导致不稳定。7 u" y4 b$ @8 ~, _5 j+ ~
  图1的示例显示小信号闭环增益与 ADA4807-1电压反馈型放大器频率响应的实验室结果,采用同相增益为2的配置,反馈电阻为499 ?、1 k?和10 k?。数据手册建议RF值为499 。

  VOUT = 40 mV p-p,RLOAD = 1 k?,针对499 ?、1 k?和10 k?的RF值
4 I& @7 [" [9 x3 i7 M2 [! A  小信号频率响应中的峰化程度表示不稳定性。RF从499 ?增加至1 k?可稍微增加峰化。这意味着RF为1 k?的放大器具有充足的相位裕量,且较稳定。RF为10 k?时则不同。高等级的峰化意味着不稳定性(振荡),因此不建议。

  VS = ±5 V,G = 2,RLOAD = 1 k?,针对499 ?、1 k?和10 k?的RF值。! n  M5 T+ h& c: E/ o
  在实验室中验证电路不是检验潜在不稳定性的强制步骤。图3显示使用SPICE模型的模拟结果,采用相同的RF值499 ?、1 k?和10 k?。结果与图1一致。图3显示了时域内的不稳定性。

  图3.使用ADA4807 SPICE模型的脉冲响应模拟结果。$ X7 [, w/ M7 w: K
  VS = ±5 V,G = 2,RLOAD = 1 k?,针对499 ?、1 k?和10 k?的RF值; \: i( K& U) d" X0 }9 B, m
  通过在RF两端放置反馈电容给传递函数添加零点,可以去除图4所示的不稳定性。
/ L  a  O8 S5 }- {+ P  图4.脉冲响应仿真结果, 使用3.3 pF反馈电容CF。

  VS = ±5 V, G = 2, RF = 10 k? , RLOAD = 1 k?。, V' T9 J8 p5 l3 V5 ]. M3 ~
  RF的选择存在权衡,即功耗、带宽和稳定性。如果功耗很重要,且数据手册建议反馈值无法使用,或需要更高的RF值,可选择与RF并联放置反馈电容。此选择产生较低的带宽。7 l$ V/ v9 U" u7 H
  为电压反馈型和全差分放大器选择RF时,需要考虑系统要求。如果速度不重要,反馈电容有助于稳定较大的RF值。如果速度很重要,建议使用数据手册中推荐的RF值。忽略RF与稳定性、带宽和功率的关系可能妨碍系统,甚至阻碍系统实现完整性能。

9 [4 t& O* W: |& p

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2#
发表于 2020-3-12 16:34 | 只看该作者
如果RF极大,此极点将影响稳定性。如果极点发生的频率远高于交越频率,则不会影响稳定性。
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