如何为互阻抗放大器电路选择具有足够带宽的运算放大器（3） 放大器, 带宽, 如何

Bazinga

互阻抗放大器的实例性能要求




现在，我们将对比两个运算放大器：一个符合要求，另一个不符合。

表 2：设计实例中两个运算放大器的增益带宽积对比




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）。



图 1：用于评估相位裕度的 TINA-TI 仿真原理图



图 2 是在 Tina-TI 中使用 OPA316 得到的 ac 传输特征仿真结果。从游标位置我们可以看到在 232.455 kHz 下 AOL * β = 0dB 时，相位裕度为 66.66 度。



图 2：用于确定相位裕度的环路增益波特图



重复 OPA313 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。



图 3：将 1uA 电流阶跃应用到输入端，以仿真阶跃响应



OPA316 的阶跃响应不仅表现出最低的过冲，而且还在 13μs 内趋稳至 0.1%。相反，OPA313 则在响应过程中表现出显著的过冲和振铃，需要 75μs 才能趋稳到 0.1%。





图 4：用于 1uA 输入电流阶跃（绿）的 OPA316（蓝）和 OPA313（红）的阶跃响应



幅值响应对比

最后，降低的相位裕度会引起电路传输函数峰值。图 5 是两个运算放大器的幅值响应。OPA313 的传输函数出现了 5dB 的增益峰值，这可能是无法接受的。更糟的是，使用 OPA313 时的 -3dB 位置是 78.47kHz。




图 5：使用 OPA313（红）和 OPA316（蓝）构建的互阻抗放大器的频率响应对比



另一方面，OPA316 的传输函数不仅没有出现峰值，而且 -3dB 位置为 134.41kHz。

结论

对比计分板显示：OPA316 更符合我们的设计要求：




但这并不奇怪！我们的这 3 个步骤得到了 5.26MHz 的最小增益带宽要求。如果低于该值，电路稳定性、趋稳时间与带宽都会受到影响。希望本系列文章所介绍的这 3 个步骤将有助于您为您的互阻抗放大器快速选择合适的运算放大器。