「」电容对运算放大器有哪些危害?

在设计运算放大器时 , 是不可能不含输入电容的 , 而运算放大器的印刷电路板上就包含更多了(图 1) 。除了反馈电容器CF , 其他所有电容都是杂散电容 , 它们会影响电路的稳定性 。例如 , 如果人为将这些电容设置为零 , 则可以用公式 1 求得环路增益 。运算放大器的开环增益 a 包含幅度和相位成分 , 因此波特(对数稳定性)图中会产生相移 。波特图上的临界点是增益幅度等于零(增益=1)的点;180°与实际相移之间的差是相位裕量 。
外部元件是电阻性的;令 RG=RF , 可以使环路增益降低 6dB 。这可以进一步增强稳定性 , 并使波特图上的纵截距下降 6dB , 而极点位置保持不变 。公式 2 给出了具有实际输入电容(CF = 0)的反相放大器的环路增益 , 如图 1 所示 。
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该输入电容向环路增益增加了一个极点 , 并且当 RG 和 RF 的并联值较小时 , 例如 500Ω , 极点位置位于 f = 16.76 MHz 处 。该极点在其位置频率的十分之一处引起的相移基本为零 , 因此输入电容不会影响增益带宽小于 1.676 MHz 的运算放大器 。当运算放大器的增益带宽超过 1.676 MHz 时 , 该极点引起的相移会增加至环路增益相移 , 并且运算放大器会产生过冲、振铃、随后振荡 , 这取决于其相位响应 。
增加 RG 和 RF 的并联值会导致极点频率降低(RF || RG = 5kΩ时 , f = 0.1676 MHz) 。因此 , 相移发生得越快 , 不稳定性问题就越严重 。传统的解决办法是 , 使高频运算放大器电路中的电阻较小 , 以最大程度地减小杂散输入电容的影响 。解决输入电容问题的另一种方案是增加一个反馈电容 CF 。当电路中有输入和反馈电容时 , 由公式 3 可以计算出其环路增益 。
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公式 3 中的零点始终先于极点; 因此 , 它的相移抵消了一部分负相移 , 直到极点起作用 。通过使 RFCF = RGCG , 电路就可以独立于两个电容器 。这种方法对闭环带宽性能而言通常并不是最佳选择 , 因此工程师选择使用较小的 CF 值 。通过优化电阻值、电容值和运算放大器带宽可以获得最佳的高频性能 , 但在实验室 , 2CF = CG 是一个极好的起点 。
【「」电容对运算放大器有哪些危害?】反相运放和同相运放的稳定性是一样的 , 因为稳定性与输入无关 。反相运算放大器的工作很像理论预测 , 但是同相运算放大器的抗共模能力较低 , 因为一部分输入信号通过差分电容器(CD)馈入反相节点 。抗共模性能的下降仅在高频时才明显 。


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