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THS4131: 大反馈电容导致振荡

Part Number: THS4131

在使用THS4131的过程中,我们发现如果反馈电容为4.7nF,此时提供直流输入,输出端会产生280/320MHz的振荡。 振荡频率与正负输入有关,振荡幅度与输入幅值有关

我尝试断开负载,但没有解决问题,将反馈电容降低到 470pF 振荡仍然存在,但如果降低到 100pF,则振荡消失。

根据我的经验,向 CFA 添加反馈电容会导致振荡,但根据数据手册这不是一款 CFA。 在我看来,在 VFA 上添加一个反馈电容可以提高相位裕度,但在这里它却导致了振荡,这是为什么呢?期待您的回复

我也利用TINA进行了裕度仿真,但是并没有看到非常低的裕度

THS4131_margin - Copy.TSC

  • 您好,

    是的,THS4131确实不是CFA,它是电压反馈型运放,可以通过在反馈电阻RF上并联电容的方法提高稳定裕度。

    但并联的电容值并不是越大越好,一般是根据Rg∙Cx = Rf∙Cf来确定并联的电容值,其中Cx是运放差分电容、共模电容和其他所有寄生电容的总和,由于寄生电容值的不确定性,因此无法知道电容 Cx 的准确大小,一般是以Cdiff+Ccm为起点进行调试获得Cx值。

    THS4131的输入电容是几个pF,因此并联几百pF或nF级电容是不可行的。

    关于裕度仿真,是仿真的环路增益Aolβ的波特图,如果寄生电容比较大的话,此时我认为仿真时也需考虑进去寄生电容。

    下面文档有对这块的经典分析,希望对您有帮助:

    电容性负载稳定性RISO高增益及CF噪声增益.pdf

  • 您是对的,不过按照我的理解:电容很大会牺牲更多的带宽,而不是裕度,所以才会说电容不是越大越好,而是越合适越好。对于杂散电容补偿后的反馈系数可以用公式(8.17)计算,那么如果增大反馈电容,像图(b)所示的,其裕度逐渐增加,其中90对应的刚好是R1∙Cn = R2∙Cf,如果继续增大电容,其曲线应该如红色曲线所示,裕度也不会有显著的提高,但也并不会重新导致振荡,我不知道这样的理解是否正确。

    还有一个实验现象就是我试着拿掉反馈电容,电路是不振荡的。

  • 不过按照我的理解:电容很大会牺牲更多的带宽,而不是裕度,所以才会说电容不是越大越好,而是越合适越好

    CF增加不一定是牺牲带宽,也会降低裕度的。

    上述截图内容您是在哪里看到的,可以附上链接或来源吗?

  • 《基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第三版)》 8.2 常数GBP OPA电路与稳定性

  • 好的,我会再具体看下这块

  • 您可以附上《基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第三版)》 PDF吗?因为公司电脑网站限制的原因,搜索到的网站都被限制了

  • 文件太大了,不允许作为附件,您可以去找对应的英文版:Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits

  • 关键是公司电脑限制某些网站网页的打开。

    好吧,我会用我个人的电脑去找下这个文档。

  • 英文原版应该 google 可以下载吧,大概率不会被限制

  • 上述文档我已下载下来,我看后会回复于您

  • 1/β中的零极点如下截图公式所示,Cf增加,在R1和R2不变的情况下,fZ和fp都会减小,有可能会使系统处于不稳定状态,即a在fZ开始以-40dB斜率下降,在下降到1+R2/R1时频率可能还没达到fp,即拐点在交叉频率以外,那么系统就是不稳定的。因此要合理设置fZ和fp系统才能稳定。

    您图中红色线绘制的1/β曲线,此时系统是稳定的,因为a与1/β的闭合斜率是-20dB。

  • 所以对于单位增益稳定运放(例如THS4131)来说,增大电容是不是应该是稳定的?因为 1/β 和 α 在大于 0dB 时都是 -20dB/dec 下降,所以不存在相交。那么这样还是无法解释实验大电容中出现的振荡现象。

  • 所以对于单位增益稳定运放(例如THS4131)来说,增大电容是不是应该是稳定的?

    如果仅看波特图的稳定余量应该是稳定的,但是这种情况会降低放大器的通频带宽度,如果信号在通频带以外,相移增大,系统也可能会不稳定。

    另外,如果运放输出端存在寄生电容或负载电容,这个电容和运放输出阻抗会形成一个极点,加上运放的主极点,这是第二个极点,那么 1/β曲线就会以-40dB斜率与 α 相交,系统是不稳定的。所以实际测试时还需考虑运放输出端存在的寄生电容。