本系列的第10部分是我們所熟悉的《電氣工程》雜志 (Electrical Engineering) 中《保持電容性負載穩(wěn)定的六種方法》欄目的第六種方法(也是最后一種方法)。這六種方法包括Riso、高增益和CF、噪聲增益和CF、輸出引腳補償以及具有雙通道反饋的RISO。在第10部分中，我們將闡述具有雙通道反饋的RISO。
這種拓撲結構通常用于緩沖高精度參考集成電路。作為一種電壓緩沖器，運算放大器電路可提供較高的源電流和吸收電流，這兩種電流最初均來自高精度參考集成電路。雖然，我們特別關注其中一種電路增益——電壓跟隨器電路增益，但是，當增益大于1時(只對所提供的計算公式做稍微調整)，我們仍可以采用具有雙通道反饋的 RISO。在此我們將重點講述兩種最主要的運算放大器拓撲結構，即雙極發(fā)射極跟隨器以及CMOS RRO。分析和合成的步驟和技術相類似，但是，仍存在細微的差別，這些細微的差別足以確保觀察到各種不同的輸出拓撲結構。為了獲得一種意外的收獲，我們有意不遵循經以往的歷史經驗，并創(chuàng)建BIG NOT以檢測不適當穩(wěn)定性補償?shù)男Ч?/p>
從穩(wěn)定性分析工具套件中，我們可以看到，具有雙通道反饋的RISO技術由一階分析得出，經Tina SPICE環(huán)路穩(wěn)定性仿真確認，并由Tina SPICE中的Vout/Vin AC傳輸函數(shù)分析進行檢驗，最后采用Tina SPICE中的實際瞬態(tài)穩(wěn)定性測試方法進行全面的檢驗。在過去長達25年中，我們在真實環(huán)境以及實際的電路情況下進行了測算，充分驗證了這種電容穩(wěn)定性技術。然而，由于資源的限制，本文所述電路并未進行實際構建，在此僅供讀者練習或在自身特定的技術應用(如分析、合成、仿真、構建以及測試等)中使用。
雙極發(fā)射極跟隨器：具有雙通道反饋的RISO
我們選擇用于分析具有雙通道反饋的RISO的雙極發(fā)射極跟隨器為OPA177，具體情況請參閱圖10.1。OPA177為一款低漂移、低輸入失調電壓運算放大器，其能在±3V ～±15V的電壓范圍內工作。
圖 10.1 雙極發(fā)射極跟隨器運算放大器的技術規(guī)范
圖10.2顯示了一款典型的雙極發(fā)射極跟隨器的拓撲結構。請注意，用于Vo的正負輸出驅動均為雙極發(fā)射極跟隨器。目前，包含“等效電路圖”(表明運算放大器內部所用輸出級的拓撲結構)的產品說明書并不多見。為此，只能通過廠商的內部資料，我們才能確切了解輸出級的結構。
圖 10.2 典型雙極發(fā)射極跟隨器運算放大器的拓撲結構
我們用于分析雙極發(fā)射極跟隨器的具有雙通道反饋的RISO電路如圖10.3所示。FB#1通過RF直接向負載 (CL) 提供反饋，從而促使Vout與VREF相等。FB#2通過CF提供了第二條反饋通道(在高頻率時占支配地位)，從而確保了運行的穩(wěn)定性。Riso將FB#1和FB#2相互之間隔離開來。需要注意的是，在目前用于穩(wěn)定電容性負載的許多技術中，我們采用了經改進的Aol方法(當采用這種方法時，運算放大器的輸出阻抗和電容性負載改變了運算放大器的Aol曲線)。
在改變后的Aol曲線中，我們在圖上標出1/β，這將有助于電路的穩(wěn)定運行。當采用具有雙通道反饋的RISO時，我們發(fā)現(xiàn)，更易于維持運算放大器 Aol 曲線不變并在圖上標出FB#1 1/β和FB#2 1/β曲線。于是，我們將運用疊加的方法，來獲得一條最終 (net) 的1/Βετα曲線，這樣，當在運算放大器的Aol曲線上進行標繪時，我們就能夠輕松地生成一款針對這種電容性負載穩(wěn)定性問題的解決方案。
圖 10.3 具有雙通道反饋的RISO：發(fā)射極跟隨器
一旦我們選擇了運算放大器，如圖10.4所示的Aol測試電路就為開展穩(wěn)定性分析提供了前提基礎。Aol曲線可從產品說明書中獲取，或者從如圖所示的Tina SPICE仿真中測量得出。Aol測試電路采用雙電源供電，即使Vout近乎為零伏，我們仍可測量空載時的Aol曲線，而且輸入共模電壓的要求易于滿足。R2和R1以及LT為低通濾波器函數(shù)提供了一條AC通道，從而允許我們在反饋通道中進行DC短路和AC開路操作。務必提請注意的是，在進行AC分析前，SPICE必須開展DC閉環(huán)分析，以找到電路的工作點。另外，R2和R1以及CT為高通濾波器函數(shù)提供了一條AC通道，這樣，使得我們能將DC開路和AC短路一起并入輸入端。LT和CT按大數(shù)值等級選用，以確保其在各種相關的 AC 頻率時，電路短路和開路情況下的正常運行。
圖 10.4 Aol測試示意圖：發(fā)射極跟隨器
從Tina SPICE仿真測量得出的OPA177 Aol曲線如圖10.5所示。測量得出的單位增益帶寬為607.2kHz。
圖 10.5 Aol測試結果：發(fā)射極跟隨器
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