运放参数的详细解释和分析-part24, 输出阻抗Ro和Rout

本文的标题有此让人迷惑,运放的输出阻抗怎么会有两个呢,它们有啥区别呢。下面先来说一下他们的定义,从定义中可以看出它们的区别。Ro定义为运放的开环输出阻抗。Rout定义为运放的闭环输出阻抗。定义看上去很明确但理解起来还是不够直观。看下面的图,Ro是由运放内部输出级决定的,不随闭环增益的变化而变化。可以理解为运放的本征参数。

而Rout则不同,它是运放构成环闭放大电路后,从输出端看进去的阻抗,需要在输出端进行测量才能得到。当然它会随着闭环增益变化而变化。

讲完定义,下面讲一下它们俩的关系,公式很简单:

具体推导过程,在Tim Green的经典应用文档集“运算放大器的稳定性”第三篇,有详细的推导过程,这里不见重复了。(此处省略两百字,呵呵)。

下面着重分析一下,Ro对放大电路的影响,通过分析,我们可以看到Ro的危害,并在进行放大电路设计时,关注到所选用的运放的Ro值。

由于Ro的存在,并且不像理解运放中的为零,运放在驱动容性负载时,就会出问题了。主要问题是Ro和负载电容相互作用给放电大路的环路增益引入一个极点,下面就是上面电路中Ro和负载电容引入的极点的计算结果。这个极点的拐点频率为5.545KHz。好低哦。

fpo1 = 1/(2∙П∙RO∙CL)

fpo1 = 1/(2∙П∙28.7Ω∙1μF)

fpo1 = 5.545kHz

引入这个极点又会发生什么呢?它会使放大电路不稳定,看下面的图,它将环路增益画成了波特图进行分析,关于这一分析方法在Tim Green的经典应用文档集“运算放大器的稳定性”中有详细介绍。

可见引入的这一新的极点Fpo1使得运放的开环益在Fpo1以后以40dB/dec的速度滚降。它反馈系数倒数的直线时在相交点fcl时闭合速度为40dB/dec。这足以使放大电路不稳定了。(注:放大电路稳定性的判据为开环增益Aol曲线与反馈系数的倒数曲线在相交点fcl处的闭合速度为20dB/dec则放大电路稳定)

即使放大电路没有发生震荡,它也会使得放大电路对方波响应时有一个过冲。如下图,是在不同负载电路下小信号过冲的曲线。从曲线中可以看出,500pF的负载电路可以使放大电路过冲达50%。这个曲线很重要哦,在很多运放的datasheet中会给出。

 关于运放datasheet中未给出Ro的值时,请参照Tim Green的应用文档集“运算放大器的稳定性”第三篇。文章有详细换算过程,节省时间,就不附上了。