运放稳定性分析1 6.doc

运放稳定性分析16目录运放稳定性分析系列1:环路稳定性基础 2引    言 2波特图(曲线)基础 2直观元件模型 5稳定性标准 7环路稳定性测试 7环路增益稳定性举例 101/β与闭环响应 11运放稳定性系列2:运放网络SPICE分析 12引言 12SPICE环路增益测试 12运放网络与1/β 12ZF运放网络 13运放网络ZI 17简单运放交流SPICE模型 19详细运放交流SPICE模型 20附录:空白幅度与相位曲线 22运放稳定性分析系列3:RO与ROUT 23RO和ROUT的定义与推导 23从数据资料曲线上计算RO 24RO和ROUT要点概述 26RO与SPICE仿真 26单电源运放的真实RO 27RO的实测技术 28运放稳定性分析系列4:环路稳定性主要技巧与经验 30环路增益带宽准则 31极点与零点转换技术 31十倍频程准则 32ZI和ZF幅度十倍频程准则 35双反馈路径 36实际稳定性测试 38运放稳定性设计分析5:单电源缓冲器电路的实际设计 40技术背景: 40设计要求: 41设计拓扑: 431/β分析: 44CMOS放大器与Aol注意点: 48最终缓冲器分析: 50运算放大器稳定性设计分析6:电容性负载稳定性RISO、高增益及CF、噪声增益 55运算放大器示例与RO计算 56Aol修正模型 57RISO及CL补偿 61高增益及CF补偿 66噪声增益补偿 70运放稳定性分析作者:Burr-Brown产品战略发展经理TimGreen来源:德州仪器(TI)公司运放稳定性分析系列1:环路稳定性基础引    言         本系列所采用的所有技术都将“以实例来定义”,而不管它在其他应用中能否用普通公式来表达。为便于进行稳定性分析,我们在工具箱中使用了多种工具,包括数据资料信息、技巧、经验、SPICE仿真以及真实世界测试等,都将用来加快我们的稳定运放电路设计。尽管很多技术都适用于电压反馈运放,但上述这些工具尤其适用于统一增益带宽小于20MHz的电压反馈运放。选择增益带宽小于20MHz的原因是,随着运放带宽的增加,电路中的其他一些主要因素会形成回路,如印制板(PCB)上的寄生电容、电容中的寄生电感以及电阻中的寄生电容与电感等。我们下面介绍的大多数经验与技术并非仅仅是理论上的,而且是从利用增益带宽小于20MHz的运放、实际设计并构建真实世界电路中得来的。         本系列的第1部分回顾了进行稳定性分析所需的一些基本知识,并定义了将在整个系列中使用的一些术语。  波特图(曲线)基础         幅度曲线的频率响应是电压增益改变与频率改变的关系。这种关系可用波特图上一条以分贝(dB)来表示的电压增益比频率(Hz)曲线来描述。波特幅度图被绘成一种半对数曲线:x轴为采用对数刻度的频率(Hz)、y轴则为采用线性刻度的电压增益(dB),y轴最好是采用方便的每主格45°刻度。波特图的另一半则是相位曲线(相移比频率),并被描绘成以“度”来表示的相移比频率关系。波特相位曲线亦被绘成一种半对数曲线:x轴为采用对数刻度的频率(Hz)、y轴为采用线性刻度的相移(度),y轴最好是采用方便的每主格45°刻度。        幅度波特图要求将电压增益转换成分贝(dB)。进行增益分析时,我们将采用以dB(定义为20Log10A)表示的电压增益,其中A为以伏/伏表示的电压增益。        在电压增益波特图上,增益随频率变化的斜线可定义成按+20dB/decade或-20dB/decade增加或减小。另一种描述同样斜线的方法是按+6dB/octave或-6dB/octave增加或减小()         以下推导证明了20dB/decade与6dB/octave的等效性:ΔA(dB)=A(dB)atfb–A(dB)atfaΔA(dB)=[Aol(dB)-20log10(fb/f1)]–[Aol(dB)-20log10(fa/f1)]ΔA(dB)=Aol(dB)-20log10(fb/f1)–Aol(dB)+20log10(fa/f1)]ΔA(dB)=20log10(fa/f1)–20Log10(fb/f1)]ΔA(dB)=20log10(fa/fb)ΔA(dB)=20log10(1k/10k)=-20dB/decadeΔA(dB)=20log10(fb/fc)ΔA(dB)=20log10(10k/20k)=-6db/octave-20dB/decade=-6dB/octave因此:+20dB/decade=+6dB/octave -20dB/decade=-6dB/octave+40dB/decade=+12dB/octave -40dB/decade=-12dB/octave+60dB/decade=+18dB/Octave -6