运算放大器的稳定性(III)

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1、运算放大器的稳定性第4部分（共15部分）：环路稳定性主要技巧与经验作者：TimGreen，TI公司本系列的第4部分着重讨论了环路稳定性的主要技巧与经验。首先，我们将讨论45度相位及环路增益带宽准则，考察了在Aol曲线与1/β曲线以及环路增益曲线Aolβ中的极点与零点之间的互相转化关系。我们还将讨论用于环路增益稳定性分析的频率“十倍频程准则”。这些十倍频程准则将被用于1/β、Aol及Aolβ曲线。我们将给出运放输入网络ZI与反馈网络ZF的幅度“十倍频程准则”。我们将开发一种用于在1/β曲线上绘制双反馈路

2、径的技术，并将解释为何在使用双反馈路径时应该避免出现“BIGNOT”这种特殊情况。最后，我们将给出一种便于使用的实际稳定性测试方法。在本系列的第5部分中，这些关键工具的综合使用使我们能够系统而方便地稳定一个带有复杂反馈电路的实际运放应用。环路增益带宽准则已确立的环路稳定性标准要求在fcl处相移必须小于180度，fcl是环路增益降为零时的频率。在fcl处的相移与整个180度相移之间的差定义为相位余量。图4.0详细给出了建议用于实际电路的经验，亦即在整个环路增益带宽（f≤fcl）中设计得到135度的相移（

3、对应于45度的相位余量）。这是考虑到，在实际电路中存在着功率上升、下降及瞬态情况，在这些情况下，运放在Aol曲线上的改变可能会导致瞬态振荡。而这种情况在功率运放电路中是特别不希望看到的。由于存在寄生电容与印制板布局寄生效应，因此这种经验还考虑在环路增益带宽中用额外的相位余量来考虑实际电路中的附加相移的。此外，当环路增益带宽中相位余量小于45度时，即可能在闭环传输函数中导致不必要的尖峰。相位余量越低及越靠近fcl，则闭环尖峰就会越明显。Aolβ(LoopGain)PhasePlot180fclfp113

4、5o-135“PhaseShift”Frequency(degrees)90θ(Hz)101001k10k100k1M10Mfp2fz14545o“PhaseMargin”0-45LoopStabilityCriteria:<-180degreephaseshiftatfclDesignfor:<-135degreephaseshiftatallfrequencies

5、nsientÆUndefined“Typical”AolAllowsforphaseshiftduetorealworldLayout&ComponentParasitics图4.0：环路增益带宽准则图字（上下、左右）：Aolβ（环路增益）相位曲线、-135°“相移”、频率(Hz)、45°“相位余量”环路稳定性标准：在fcl处相移<-180度设计目的：在所有

6、现象→这些是未定义的“典型”Aol。极点与零点转换技术图4.1给出了环路增益曲线与Aol曲线之间的关系，并包括了一条1/β曲线。此关系使我们能够利用厂商提供的运放数据资料中的Aol曲线来在图中绘制我们的反馈曲线1/β。从这两张图，我们可以方便地推断出环路增益曲线中的情况，从而更加方便地总结出，为得到良好的稳定性我们应该对反馈进行怎样的调整。考虑到环路增益曲线是一条“开环”曲线，而Aol已经是一条开环曲线，因此Aol曲线中的极点就是环路增益曲线中的极点，而Aol曲线中的零点就是环路增益曲线中的零点。1/

7、β曲线为小信号交流闭环增益曲线。如果我们想要断开环路来查看反馈网络的影响，则当分析网络时我们将看到一个倒数关系。用于记住从1/β曲线到环路增益曲线转换的更简便方法就是，环路增益曲线是Aolβ图，而闭环反馈曲线则是1/β曲线。因此，既然β是1/β的倒数，那么1/β曲线中的极点就成为环路增益曲线(Aolβ)中的零点，而1/β曲线中的零点就成为环路增益曲线中的极点。fp1100Aol100Aol&1/βPlotLoopGainPlotfp18080(Aolβ)1/β)60Aolβ60fclA(dBA(dB)

8、fz140402020fz1fp2fcl001101001k10k100k1M10M1101001k10k100k1M10MFrequency(Hz)Frequency(Hz)ToPlotAolβfromAol&1/βPlot:PolesinAolcurvearepolesinAolβ(LoopGain)PlotZerosinAolcurvearezerosinAolβ(LoopGain)PlotPolesin1/βcurvearezerosinAolβ