電容性負載穩(wěn)定性：噪聲增益及 CF
發(fā)布時間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數(shù):764
本系列的第六部分是新《電氣工程》雜志(electrical engineering)中“保持容性負載穩(wěn)定的六種方法”欄目的開篇。這6種方法分別是riso、高增益及cf、噪聲增益、噪聲增益及cf、輸出引腳補償以及具有雙通道反饋的riso。第6部分介紹了riso、高增益及cf和噪聲增益前三種方法。第7部分重新研究了用于雙極性射極跟隨器與cmospro運算放大器的小信號ac輸出阻抗zo�，F(xiàn)在，我們將在第8部分即本部分通過對噪聲增益及cf的研究側(cè)重探討如何實現(xiàn)電容性負載的穩(wěn)定性。
我們將采用穩(wěn)定性分析工具套件（其中包括zo分析、aol修正曲線創(chuàng)建、一階分析與合成、tinaspice環(huán)路穩(wěn)定性仿真、tina spice瞬態(tài)仿真以及tina spice vout/vin傳遞函數(shù)分析等）中大家都非常熟悉的工具來進行研究。在過去長達24年中，我們在真實環(huán)境下以及實際電路中進行了大量的測試，充分驗證采用噪聲增益及cf方法能夠取得預(yù)期的效果。不過，由于資源限制，本文專門介紹的每條電路并未進行實際構(gòu)建，僅用于讀者練習(xí)或在個人應(yīng)用（如：分析、合成、仿真、構(gòu)建與測試）中使用。
噪聲增益與及cf補償分為兩種不同的情況：反相噪聲增益及cf和非反相噪聲增益及cf。顧名思義，兩者的區(qū)別在于運算放大器電路配置是反相配置還是非反相配置。
用于噪聲增益及cf電容性負載穩(wěn)定性分析的運算放大器
我們進行噪聲增益及cf電容性負載分析時所選擇的運算放大器是cmosrrio運算放大器，其規(guī)格如圖8.1所示。opa348是具有軌至軌輸入（超出每個電源0.2v以上）和軌至軌輸出（當(dāng)iout=27ua時，vsat=25mv）的低靜態(tài)電流(65ua)運算放大器，專為單電源供電的系統(tǒng)而精心優(yōu)化的。opa348在最高飽和電壓等于1v時還可提供5ma的輸出電流。由于它是cmosrro運算放大器，因此我們需要了解其開環(huán)輸出阻抗，以便為環(huán)路穩(wěn)定性合成創(chuàng)建aol修正曲線。
反相噪聲增益及cf
噪聲增益及cf補償常用于涉及到低壓電源的應(yīng)用中，即要求在?電源電壓時產(chǎn)生參考電壓（如圖8.2所示）。為了良好響應(yīng)此類參考電壓輸出端的ac負載瞬態(tài)，電容器通常直接布置在運算放大器的輸出端。這種“斗式充電裝置”可以為高頻瞬態(tài)負載提供及時保護，同時運算放大器能夠準(zhǔn)確地對電容器進行再充電并使整體dc電壓保持在可編程的電平上。反相噪聲增益及cf分析將采用圖中所示的電路，其中運算放大器由兩端分別接-5v和地來供電。輸入信號是帶-1/2增益的+5v電壓，可產(chǎn)生-2.5v的參考輸出電壓。我們將設(shè)計承載-5ma負載電流的500歐姆負載。
為了預(yù)測電容性負載會對aol曲線產(chǎn)生哪些影響，我們首先要查明假定通過dc負載的電流為-5ma時zo的情況。我們將采用“第7部分（共15部分）：ro何時轉(zhuǎn)變?yōu)閦o？”中介紹的用于研究cmosrrozo的方法與模型。在圖8.3中，l1為1太拉亨利(tera-henry)電感，ri用于設(shè)定u1輸出鍛的負載電流。直流情況下，l1短路，而對于所有相關(guān)的交流頻率，l1開路。通過利用一個1apkac電流發(fā)生器（其經(jīng)過頻率掃描）驅(qū)動u1輸出，voa可以直接轉(zhuǎn)變?yōu)閦o。
圖8.4顯示了采用tinaspice分析工具分析的ac結(jié)果。我們可以看出，對于既定的dc負載（-5ma）來說，zo包含一個42.43歐姆的ro分量，在fz=1.76khz時為相位為0。
如圖8.5所示，我們建立了cmosrro模型。利用ro與fz的測量值，我們可以快速計算出co并建立dc負載電流為-5ma時的opa348zo模型。
然后采用疊加法創(chuàng)建在電容性負載cl的影響下所形成的aol修正曲線。我們開始只考慮由于cl影響所產(chǎn)生的aol修正曲線（忽略rl的影響），如圖8.6所示。利用zo模型，我們可以計算由于zo和cl的影響而在aol修正曲線中形成的極點fp2。
反相噪聲增益及cf
噪聲增益及cf補償常用于涉及到低壓電源的應(yīng)用中，即要求在?電源電壓時產(chǎn)生參考電壓（如圖8.2所示）。為了良好響應(yīng)此類參考電壓輸出端的ac負載瞬態(tài)，電容器通常直接布置在運算放大器的輸出端。這種“斗式充電裝置”可以為高頻瞬態(tài)負載提供及時保護，同時運算放大器能夠準(zhǔn)確地對電容器進行再充電并使整體dc電壓保持在可編程的電平上。反相噪聲增益及cf分析將采用圖中所示的電路，其中運算放大器由兩端分別接-5v和地來供電。輸入信號是帶-1/2增益的+5v電壓，可產(chǎn)生-2.5v的參考輸出電壓。我們將設(shè)計承載-5ma負載電流的500歐姆負載。
為了預(yù)測電容性負載會對aol曲線產(chǎn)生哪些影響，我們首先要查明假定通過dc負載的電流為-5ma時zo的情況。我們將采用“第7部分（共15部分）：ro何時轉(zhuǎn)變?yōu)閦o？”中介紹的用于研究cmosrrozo的方法與模型。在圖8.3中，l1為1太拉亨利(tera-henry)電感，ri用于設(shè)定u1輸出鍛的負載電流。直流情況下，l1短路，而對于所有相關(guān)的交流頻率，l1開路。通過利用一個1apkac電流發(fā)生器（其經(jīng)過頻率掃描）驅(qū)動u1輸出，voa可以直接轉(zhuǎn)變?yōu)閦o。
圖8.4顯示了采用tinaspice分析工具分析的ac結(jié)果。我們可以看出，對于既定的dc負載（-5ma）來說，zo包含一個42.43歐姆的ro分量，在fz=1.76khz時為相位為0。
如圖8.5所示，我們建立了cmosrro模型。利用ro與fz的測量值，我們可以快速計算出co并建立dc負載電流為-5ma時的opa348zo模型。
然后采用疊加法創(chuàng)建在電容性負載cl的影響下所形成的aol修正曲線。我們開始只考慮由于cl影響所產(chǎn)生的aol修正曲線（忽略rl的影響），如圖8.6所示。利用zo模型，我們可以計算由于zo和cl的影響而在aol修正曲線中形成的極點fp2。
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