将 fI 和 fp 的公式带入该规则,并求解单位增益带宽,我们可得到以下实用公式:
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公式 5 消除了为互阻抗放大器设计选择运算放大器时的一道难题 。选择具有足够带宽的运算放大器,不但可确保获得足够的信号带宽,而且还有助于避免潜在的稳定性问题!
设计实例
现在,我把这个过程运用在设计实例中,并对比采用两个运算放大器时的电路性能 。一个运算放大器符合我们所计算的增益带宽要求,另一个不符合 。
首先,我们计算可使电路稳定并达到带宽目标的最大反馈电容:
下一步,我们将确定放大器反相输入端电容 。由于我们还没有为电路选择运算放大器,因此我们不知道 CD 和 CCM2 的值 。记住,我在第 1 部分中建议将 10pF 作为该电容的合理电容估计值 。
最后,我们可计算运算放大器的增益带宽要求:
相位裕度对比
相位裕度是一个稳定性指标,可在环路增益等于 0dB 的位置将放大器环路增益 (AOL * β) 相位与 180 度相比 。0 度相位裕度表明负反馈已经变成正反馈,说明系统不稳定 。
相位裕度可使用第 2 部分(图 1)的电路进行测量,其可中断反馈环路 。在 AOL * β 电压幅值等于 0dB 的频率位置可测量 AOL * β 电压的相位(Vout 探针) 。
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重复的这一分析可得到 31.65 度的相位裕度 。从技术上讲,该部分在这一相位裕度下是稳定的,但它不会被视为稳定的设计 。如果生产了大量这样的电路,有一些可能会因运算放大器技术参数的容差问题而不稳定 。
阶跃响应对比
降低的相位裕度还会产生其它影响 。例如,它可导致电路阶跃响应中的过冲和振铃问题 。为说明这种影响,我使用瞬态仿真在电路输入端应用了 1uA 电流阶跃 (IG1),并测量了趋稳到 0.1% 理想值所需的时间 。
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