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关于运放相位裕量及稳定性的讨论！

FH Holmes
Prodigy 210 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA2365, OPA227

如图所示是一个运放的开环增益曲线。根据相位裕量的定义：增益为0dBm时，相移与180的差值，则从图中可以估计出该运放的相位裕量不到22°。并且，该测试曲线是在CL=0pF时，测得的曲线。

1、这是否说明，该运放实际使用时，是一定有一定量的过冲？

2、如果在该运放输出端加一个RC低通滤波器，是不是相当于添加了一个极点，导致相位裕量减少，从而可能引发震荡？

3、如果问题2答案是肯定的话，是不是说即使该运放的输入信号是直流的，也会出现震荡？（因为运放的稳定性与输入信号无关？）

4、如果问题3的答案是否定的话，那运放是会在什么频率的输入信号下出现震荡？

5、这样的运放（OPA2365）在RF=0.1RG时的反向比例放大器时，能稳定工作么？

6、同一个运放在同样的工作条件下，为何小信号时出现明显的过冲，但大信号时，过冲却不明显，见图片1和2？

望专家就以上6个问题一一详细解答，感激不尽！！！

  • 0
    TI__Expert 7190 points

    您好，

    1、这是否说明，该运放实际使用时，是一定有一定量的过冲？

    该运放虽然在配置成“单位增益@CLM<1nF”时，环路还是稳定的，Datasheet P10。

    2、如果在该运放输出端加一个RC低通滤波器，是不是相当于添加了一个极点，导致相位裕量减少，从而可能引发震荡？

    引入极点的同时，也必然会引入零点；相位裕度不一定会减少，要看R和C的值是多少，对原零极点的影响有多大。有一种解决负载电容引起的振荡的方法，就是在输出端增加一个小电阻，您可以用一个跟随电路，自己推导一下加入RC后，零极点的变化。

    3、如果问题2答案是肯定的话，是不是说即使该运放的输入信号是直流的，也会出现震荡？（因为运放的稳定性与输入信号无关？）

    与输入信号无关，是环路本身的问题。

    4、如果问题3的答案是否定的话，那运放是会在什么频率的输入信号下出现震荡？

    请注意，前面说的很多分析，都是默认在电压反馈型（通常几十MHz以内）时的零极点分析；对于电流型运放，则需要另外考虑。

    5、这样的运放（OPA2365）在RF=0.1RG时的反向比例放大器时，能稳定工作么？

    一般是稳定的。也要看，前后级电路的情况而定，容性负载、反馈节点处寄生电容等。

    6、同一个运放在同样的工作条件下，为何小信号时出现明显的过冲，但大信号时，过冲却不明显，见图片1和2？

    这两个图是说明小信号和大信号的情况，主要是由于Slew Rate的影响。

  • 0 回复 Iven Xu
    Prodigy 210 points

    1、但根据P6页的过冲与负载电容曲线显示，单位增益@CLM=300pF，输出就有50%的过冲，这已经很大了；

    2、你的“2234.OPA227 Stability Issue”文档里有个“Prevent Phase Dip”是什么意思呀？

    3、是不是说一个相位裕量确定的运放，是否过冲及震荡与输入信号频率无关？

    6、是不是说大信号情况的稳定性还和压摆率有关？怎么个相关性咧？

  • 0 回复 FH Holmes
    Prodigy 210 points

    还有个问题请专家回答下：

    1、双电源运放和单电源运放有什么区别？

    2、是不是所有的运放都可以用双电源和单电源来进行工作？

    3、为什么有的运放datasheet中特别强调是单电源运放？

  • 0 回复 FH Holmes
    Prodigy 210 points

    另外，还请教一个问题，运放有个指标：输出短路电流，这个好像是反映运放的驱动能力的，我的问题是：

    1、这个指标是怎么测量出来的？为什么叫“短路”电流？怎么根据这个指标来进行电路设计？

    感激不尽！

  • 0 回复 FH Holmes
    TI__Guru**** 295050 points

    单电源供电的运放无法处理零电压以下的信号，所以如果输入信号的共模电压为正负的话，单电源供电运放则不能满足要求。

  • 0 回复 Kailyn Chen
    TI__Guru**** 295050 points

    基本上所有双电源供电的运放都能支持单电源供电。请参考这篇文档：

    single-supply operation.pdf
  • 0 回复 FH Holmes
    TI__Guru**** 295050 points

    输出短路电流Isc是这么定义的：

    The maximum continuous output current available from the amplifier with the output shorted to ground, to either supply, or to a specified point. Sometimes a low value series resistor is specified.

    之所以叫短路电流，按照定义，顾名思义，就是将输出与地，与两个电源的任意一端短接时的最大输出电流，反应了运放的输出驱动能力。

  • 0 回复 Kailyn Chen
    Prodigy 210 points

    那这个指标怎么用于设计呢？

  • 0 回复 Kailyn Chen
    Prodigy 210 points

    昨天刚看了TI的Bruce Trump的文章，加上我的分析，是不是可以这样理解，如果运放的输入共模电压可以达到负电源或者相差很小时，那么该运放是可以用作单电源运放的，如果不能达到或者相差几伏的电压，则不能用作单电源运放。

  • 0 回复 FH Holmes
    Prodigy 210 points

    期待专家回答这个问题，谢谢！

  • 0 回复 FH Holmes
    TI__Guru**** 295050 points

    是的，像你说的其实就是轨至轨输入的运放，输入共模电压可达到正负电压轨，比如要做一个跟随器，如果运放不是轨至轨输入的话，那么输出跟随输入的能力有限，在接近正相或者负相电压的电位上，输出将无法跟随，这时候采用单电源供电的运放将无法实现。比如5V单电源供电的话，电路可支持的输出范围可能在1~4V之间。

    以上纯属个人见解。

  • 0 回复 FH Holmes
    TI__Expert 7190 points

    1，在这个负载电容下，过冲是正常的，前面讲的能扛到1nF，是指此范围内不至于振荡。

    2，Preven phase dip：在分析相位的时候，不能只考虑相位裕度大于45°（环路增益为0时），也要同时兼顾在环路增益到达0的过程中，最好不要有较大的频率跌落。

    3，无关。

    6，环路稳定性和压摆率没什么关系。