我需要多大的運(yùn)算放大器帶寬？（3）

　　在這個(gè)包含三篇文章的博客系列中，我介紹了如何為您的互阻抗放大器電路選擇具有足夠帶寬的運(yùn)算放大器。閱讀第 1 部分了解相關(guān)內(nèi)容。在第 2 部分中，我不僅創(chuàng)建了一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例(使用該過(guò)程選擇可滿(mǎn)足這些電路需求的運(yùn)算放大器)，而且還確定了所需的運(yùn)算放大器帶寬是 5.26MHz。

　　表1：互阻抗放大器的實(shí)例性能要求

　　現(xiàn)在，我們將對(duì)比兩個(gè)運(yùn)算放大器：一個(gè)符合要求，另一個(gè)不符合。

　　表2：設(shè)計(jì)實(shí)例中兩個(gè)運(yùn)算放大器的增益帶寬積對(duì)比

　　相位裕度對(duì)比

　　相位裕度是一個(gè)穩(wěn)定性指標(biāo)，可在環(huán)路增益等于 0dB 的位置將放大器環(huán)路增益 (AOL* β) 相位與 180 度相比。0 度相位裕度表明負(fù)反饋已經(jīng)變成正反饋，說(shuō)明系統(tǒng)不穩(wěn)定。相位裕度可使用第 2 部分(圖 1)的電路進(jìn)行測(cè)量，其可中斷反饋環(huán)路。在 AOL* β 電壓幅值等于 0dB 的頻率位置可測(cè)量 AOL* β 電壓的相位(Vout 探針)。

　　圖1：用于評(píng)估相位裕度的TINA-TI?仿真原理圖

　　圖 2 是在Tina-TI中使用OPA316得到的 ac 傳輸特征仿真結(jié)果。從游標(biāo)位置我們可以看到在 232.455 kHz 下 AOL* β = 0dB 時(shí)，相位裕度為 66.66 度。

　　圖2：用于確定相位裕度的環(huán)路增益波特圖

　　重復(fù)OPA313的這一分析可得到 31.65 度的相位裕度。從技術(shù)上講，該部分在這一相位裕度下是穩(wěn)定的，但它不會(huì)被視為穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。如果生產(chǎn)了大量這樣的電路，有一些可能會(huì)因運(yùn)算放大器技術(shù)參數(shù)的容差問(wèn)題而不穩(wěn)定。

　　階躍響應(yīng)對(duì)比

　　降低的相位裕度還會(huì)產(chǎn)生其它影響。例如，它可導(dǎo)致電路階躍響應(yīng)中的過(guò)沖和振鈴問(wèn)題。為說(shuō)明這種影響，我使用瞬態(tài)仿真在電路輸入端應(yīng)用了 1uA 電流階躍 (IG1)，并測(cè)量了趨穩(wěn)到 0.1% 理想值所需的時(shí)間。

　　圖3：將1uA電流階躍應(yīng)用到輸入端，以仿真階躍響應(yīng)

　　OPA316的階躍響應(yīng)不僅表現(xiàn)出最低的過(guò)沖，而且還在 13μs 內(nèi)趨穩(wěn)至 0.1%。相反，OPA313則在響應(yīng)過(guò)程中表現(xiàn)出顯著的過(guò)沖和振鈴，需要 75μs 才能趨穩(wěn)到 0.1%。

　　圖4：用于1uA輸入電流階躍(綠)的OPA316(藍(lán))和OPA313(紅)的階躍響應(yīng)

　　幅值響應(yīng)對(duì)比

　　最后，降低的相位裕度會(huì)引起電路傳輸函數(shù)峰值。圖 5 是兩個(gè)運(yùn)算放大器的幅值響應(yīng)。OPA313的傳輸函數(shù)出現(xiàn)了 5dB 的增益峰值，這可能是無(wú)法接受的。更糟的是，使用OPA313時(shí)的 -3dB 位置是 78.47kHz。

　　圖5：使用OPA313(紅)和OPA316(藍(lán))構(gòu)建的互阻抗放大器的頻率響應(yīng)對(duì)比

　　另一方面，OPA316的傳輸函數(shù)不僅沒(méi)有出現(xiàn)峰值，而且 -3dB 位置為 134.41kHz。

　　結(jié)論

　　對(duì)比計(jì)分板顯示：OPA316更符合我們的設(shè)計(jì)要求：

　　但這并不奇怪!我們的這 3 個(gè)步驟得到了 5.26MHz 的最小增益帶寬要求。如果低于該值，電路穩(wěn)定性、趨穩(wěn)時(shí)間與帶寬都會(huì)受到影響。希望本系列文章所介紹的這 3 個(gè)步驟將有助于您為您的互阻抗放大器快速選擇合適的運(yùn)算放大器，或者至少能幫忙將TI 1375 種選項(xiàng)縮小到一定的范圍!