[参考译文] LM675：高频输出振荡

我将在两个单独的回复中解决您的问题。 首先、我们将介绍几个有关运算放大器稳定性的重要教程：

运算放大器稳定性链路：
e2e.ti.com/.../2645.solving-op-amp-stability-issues

V 至 I 电路链路：
e2e.ti.com/.../3600.high-current-v-i-circuits

这里有许多变量、因此我们应该逐1将它们消除。  

1) 1)缓冲器必须位于运算放大器输出端到单点接地端的位置。  我怀疑有一些从 J20到负载的布线、这将是电容的。  目前使用数据表中建议的1 Ω 和0.22uF 电阻。  在本帖子的末尾、我附上了在这两个功率运算放大器上使用的"所有 NPN 输出级"的演示文稿。  

2) 2)您必须将这些运算放大器的频率增益保持在>10。  这意味着没有反馈电容器。  如果我们需要其他方法来稳定电路、

3) 3)一旦您更改为电流模式、您将需要考虑在我的第一个帖子"高电流 V-I 电路"中的演示中介绍的稳定性补偿。

4) 4)这些器件的输出级具有比放大器本身更宽的带宽。  所有 NPN 输出可能会由于本地振荡而在大于 UGBW 的频率下振荡。  由于您的振荡大于 UGBW，如果您将纯电阻反馈保持在 G>10，那么1)中的缓冲器可能应该修复一个输出级振荡。

5) 5)要消除的另一个变量是热问题。  我没有看到过任何散热问题？  如果散热、请记住、金属卡舌连接到-VEE、因此卡舌必须使用绝缘垫圈或散热器必须浮动或连接到-VEE。  我们可以根据 IN+上的电压输入、输出上的负载(电阻、电感等)轻松进行功率耗散计算仿真、假设增益为 x10、无散热(？)、 环境温度。  这将预测结温。  高结温可能会导致参数不同。  无功负载会导致运算放大器输出级耗散功率、这一点乍一看并不明显。

6) 6)无法告诉您 LM675与 LM1875有何不同、因为 LM675的数据表中没有大量模拟图。  这些设计大约是1999 (LM675)和2004 (LM1875)完成的、因此很难找到大量详细的内部设计信息。

7) 7)不同负载和输出工作点下发生的振荡并不容易解释、但如果我们让输出级振荡、这种情况并不少见、因为输出级中不断变化的工作电流和负载相移会增加该问题。

e2e.ti.com/.../OPA2227-All-NPN-Output-Analysis.pptx

您好、Tim、

非常感谢您的详细回答。  我从这篇文章中学到了很多，但有一点很重要：在频率上大于10，没有反馈电容器。  神圣的牛。  我最后做了一些进一步的测试、发现移除 C43 (纯100pF 反馈电容器)几乎 可以完全解决另一个测试板上的问题。  在某些条件下、它仍在大约50mA 的电流范围内上升、但它得到了显著改善、这仍然是反馈中的100pF/560R 系列对、这也许我也不应该这样做。

(我以前曾测试过这种情况、但出于某种原因、我认为这种情况并不会有所不同、但我必须同时进行一些其他融合性的改变。)

如需完整信息、请参阅我对以下要点的评论：

[引用用户="Tim Green1"]

这里有许多变量、因此我们应该逐1将它们消除。  

1) 1)缓冲器必须位于运算放大器输出端到单点接地端的位置。  我怀疑有一些从 J20到负载的布线、这将是电容的。  目前使用数据表中建议的1 Ω 和0.22uF 电阻。  在本帖子的末尾、我附上了在这两个功率运算放大器上使用的"所有 NPN 输出级"的演示文稿。  

我会尝试这个  

2) 2)您必须将这些运算放大器的频率增益保持在>10。  这意味着没有反馈电容器。  如果我们需要其他方法来稳定电路、

现在我可以看到、这绝对是关键、如上所述。

3) 3)一旦您更改为电流模式、您将需要考虑在我的第一个帖子"高电流 V-I 电路"中的演示中介绍的稳定性补偿。

4) 4)这些器件的输出级具有比放大器本身更宽的带宽。  所有 NPN 输出可能会由于本地振荡而在大于 UGBW 的频率下振荡。  由于您的振荡大于 UGBW，如果您将纯电阻反馈保持在 G>10，那么1)中的缓冲器可能应该修复一个输出级振荡。

5) 5)要消除的另一个变量是热问题。  我没有看到过任何散热问题？  如果散热、请记住、金属卡舌连接到-VEE、因此卡舌必须使用绝缘垫圈或散热器必须浮动或连接到-VEE。  我们可以根据 IN+上的电压输入、输出上的负载(电阻、电感等)轻松进行功率耗散计算仿真、假设增益为 x10、无散热(？)、 环境温度。  这将预测结温。  高结温可能会导致参数不同。  无功负载会导致运算放大器输出级耗散功率、这一点乍一看并不明显。

我在放大器上使用了一个非常大的散热器、实际上我已经注意到结温对行为的影响。  在这款最新的测试板上、振荡几乎消失了、但在特定输出电流(~+50mA)下仍然略微出现、新加电的放大器将表现出最差的振荡并在其升温时进行改善(最终会死亡)。 如果没有散热器、则耗时~5s、散热器的使用时间要长得多。  用空气冷却装置会缓慢地将其放回。

6) 6)无法告诉您 LM675 与 LM1875有何不同、 因为 LM675 的数据表中没有大量模拟图。  这些设计大约是1999 (LM675)和2004 (LM1875)完成的、因此很难找到大量详细的内部设计信息。

这足够公平。  尽管二者相差很大、但它们的 Q 电流实际上却大不相同(标称值为~18mA、标称值为~50mA？) 那么、电路中的哪一部分会严重消耗偏置电流(输出级？) 两种模式的运行方式差别很大。

7) 7)不同负载和输出工作点下发生的振荡并不容易解释、但如果我们让输出级振荡、这种情况并不少见、因为输出级中不断变化的工作电流和负载相移会增加该问题。

(请访问网站以查看此文件)

[/报价]

有时我听到客户说他的电路有一个可接受的振荡电平。 这使我非常担心、因为任何振荡级别都不应被接受。 任何输出电流上的振荡都是一个警告标志、这种情况并不正确。 我没有详细介绍您的布局、但要记住的经验法则是运算放大器输入为高阻抗、因此请保持低阻抗走线(如运算放大器输出)和其他低阻抗源远离运算放大器输入。

感谢您提供相关信息。  布局中有几个地方可能我可以更好地遵守这条经验法则、因此我必须查看它们。

如果您不介意、我有一些关于缓冲电路的问题、因为这些问题对我来说非常奇怪、因为它们来自低功耗/信号类型的设计背景。  即使简单回答这些问题也会很有帮助。

1) 1)我看到、1 Ω/0.22uF 是数据表中设置的首选值。  您能解释一下如何选择这些值吗？  我注意到 R 和 C 阻抗交叉在~720kHz 左右、比功率带宽高~10倍。  这是品质因数吗？

2) 2)如果我想保持在相当高的频率下具有大电压摆幅的能力、我需要1欧姆/0.22uF 的真正重要组件。  缩放至10 Ω/0.022uF 是否可能会有任何损害？

3) 3)可以安全地假设低 ESR 电容器(例如陶瓷电容器)是最佳选择吗？ 我假设是这样、因为显式 R 在1欧姆时非常低

4) 4) 4)了解此电路的运行情况是否公平、因为在较高频率下有效地将输出负载降低如此之多、以至于输出级无法以足够快的速度产生足够快的电流来产生开始和维持 HF 振荡的电压？  比如在高 Q 机械谐振器上放一大脂肪来阻止它吗？

再次感谢您的帮助。

尊敬的 Dominic：

Tim 在接下来的几周内不在办公室、因此我将尝试提供一些其他见解。

1) 1)很难确定如何为此器件选择值、因为正如 Tim 提到的、我们没有太多数据。 我认为数据表中的值旨在超出您所需的闭环带宽、但在 NPN 输出级环路的带宽内、以便衰减可能在输出级产生振荡的更高频率信号。

2) 2)增大输出电阻可能不会产生很好的性能、因为它会在高频时减少负载、并将该缓冲器产生的 AOL 曲线中的极点和零点推到更靠近负载引入的极点的位置。 这种补偿方法的工作原理是、在较高频率下、使输出端的 RC 看起来像显性负载、但如果您的实际负载开始接近相同的值、则该方法将不会那么有效。 我认为这将需要一些试错来验证。 我无法直观地说10欧姆是否可以接受。

3) 3)您的假设很好。 给定低电阻值(由于功率运算放大器的输出阻抗非常低而使用)、低 ESR 电容器将是理想的、否则您的补偿将由 ESR 决定。

4) 4)是的、我认为这是一种很好的思考方式。 您基本上会在所关注的频率下使用一条低阻抗路径来权衡输出、从而抵消输出级的增益。

尊敬的 Dennis：

我有信心、但我还没有进行测试、能否在我发布一些成功的照片之前继续保持？ 以防万一

尊敬的 Dominic：

您问：

"1)我看到、1 Ω/0.22uF 是数据表中设置的首选值。 您能解释一下如何选择这些值吗？ 我注意到 R 和 C 阻抗交叉在~720kHz 左右、比功率带宽高~10倍。 这是品质因数吗？

2) 2)如果我想保持在相当高的频率下具有大电压摆幅的能力、我需要1欧姆/0.22uF 的真正重要组件。 缩放至10 Ω/0.022uF 是否可能会有任何损害？"

只有当您记住 OPAMP (LM675)的输出级具有有限的开环输出阻抗 Ro 时、您才能了解缓冲器(Baucherot-、Zobel-network)的影响。 在单位增益频率下、缓冲器的 Ro 和 R 必须形成电阻分压器、以执行两项操作：降低 OPAMP 的增益、以便将较低的输出信号部分反馈到反相输入、并在不引入额外相位滞后的情况下执行此操作。

您提到缓冲器的转角频率为 ARROUND 720kHz。 这是为了使缓冲器在 LM675的5.5MHz 单位增益频率下看起来具有"纯"电阻性。 因此、不得更改缓冲器的转角频率！

此外、不得更改缓冲器 R 的值、因为此时与 Ro 相结合的电压分压将不足以满足要求。

请务必小心、某些运算放大器需要该缓冲器才能稳定工作。 它是其频率补偿的一部分。 LM675就是这种情况。 您不会在数据表中看到省略该缓冲器的任何图或示例电路...

Kai

[引用用户="kai klaas69"]

只有当您记住 OPAMP (LM675)的输出级具有有限的开环输出阻抗 Ro 时、您才能了解缓冲器(Baucherot-、Zobel-network)的影响。 在单位增益频率下、缓冲器的 Ro 和 R 必须形成电阻分压器、以执行两项操作：降低 OPAMP 的增益、以便将较低的输出信号部分反馈到反相输入、并在不引入额外相位滞后的情况下执行此操作。

这是有道理的，谢谢。   

您提到缓冲器的转角频率为 ARROUND 720kHz。 这是为了使缓冲器在 LM675的5.5MHz 单位增益频率下看起来具有"纯"电阻性。 因此、不得更改缓冲器的转角频率！

我确认了这一点、通过查看网络的波特图、相位大约接近0deg。

此外、不得更改缓冲器 R 的值、因为此时与 Ro 相结合的电压分压将不足以满足要求。

不幸的是、我别无选择、只能在我的应用中不遵守这一点、因为我需要在高频率下保留大信号摆幅、这会导致阻尼器在 R=1/C=0.22uF 时出现荒谬的功率损耗。  但是、至少在我的具体情况下、放大到10R/22nF (为了保持拐角)似乎对我的工作有所帮助。  请参阅以下文章：

请务必小心、某些运算放大器需要该缓冲器才能稳定工作。 它是其频率补偿的一部分。 LM675就是这种情况。 您不会在数据表中看到省略该缓冲器的任何图或示例电路...

这是真的，我觉得从现在开始就忽略它是一个傻瓜

Kai

[/报价]