[FAQ] [参考译文] [常见问题解答] INA199：针对容性负载稳定性的闭环输出阻抗和输出补偿

这篇文章是应用手册《 使用 ZOUT 对负载感应放大器稳定性问题进行闭环分析》的简短版本。

电容负载会降低放大器稳定性。 在大多数情况下、为放大器加载电容器会导致其输出振铃或振荡。 评估负载电容对放大器稳定性影响的传统方法包括分析放大器负载环路增益功能的波特图。 负载电容器与放大器的开环输出阻抗(Zo)相互作用，从而在其环路增益中引入额外的极点。 这些新极点相对于放大器空载环路增益极点频率的位置决定了可用的稳定性裕度。

但是，测量环路增益需要“断开”放大器的反馈环路，而对于电流感应放大器等闭环放大器 IC 而言，这是不可能的。 这是因为反馈环路位于 IC 内部、无法操作。

然而、有一个闭环放大器属性受到环路增益变化的影响、并且可被用于稳定性分析而不会中断环路。 该属性是放大器的闭环输出阻抗(ZOUT)，它在 TI 电流感应产品的数据表和 SPICE 宏模型中日益成为一种常见的规范。 这篇文章通过 TINA-TI SPICE 仿真演示了如何使用 ZOUT 信息来预测闭环电流感应放大器的容性负载稳定性。

INA199在宽频率范围内具有一个电感输出阻抗(ZOUT)特性。 因此、它与大多数容性负载(大于1nF)谐振并产生不稳定的负载瞬态响应。 添加串联电阻可使输出阻抗在较低频率下具有更大的阻抗、并在 INA 加载足够大的电容值时提高稳定性。

下面显示的 INA199 ZOUT 幅度(欧姆)与频率曲线基于我们在标称电源和温度条件下测量的典型单位。 ZOUT 测试电路(图1)和图(图2)如下所示。

从上图(图2)可以看出、ZOUT 在大约150Hz 至80kHz 的频率范围内具有电感、阻抗幅度介于100m Ω 和1k Ω 之间。 因此、在该频率范围内阻抗介于100m Ω 和1kOhm 之间的任何电容负载都会与 ZOUT 谐振。

例如、下面的阻抗与频率间的关系图表明、INA199将在100nF 和1uF 负载下振荡、但在250pF 或1nF 的负载下不会振荡。 相应的负载阶跃响应或多或少都会确认这一点、尽管该模型确实会在1nF 负载下产生一些振铃。

图3. 具有负载电容和0欧姆输出串联电阻的 INA199仿真测试电路以显示谐振

图4. 图3中的 INA199测试电路在输出端具有不同的负载电容以及 ZOUT 曲线如何相交

图5. INA199测试电路的输出如何在阶跃输入后与不同负载电容产生谐振

如前所述、增大 INA 输出端的串联电阻会使 ZOUT 在频率范围内具有更大的阻性(如下面的图6和7所示)、并提高大电容负载下的稳定性。

图6. 用于评估不同 R3值的 INA199仿真测试电路

图7. 图6中纯阻性负载测试电路的输出以及 ZOUT 曲线如何变化。

实际上、添加一个200 Ω 串联电阻器就足以驱动100nF 至1uF 的负载。

图8. 具有200欧姆和各种电容及输入阶跃的 INA199仿真测试电路

图9. INA199如何快速稳定至最终输出值、而不会由于所包含的串联电阻而出现振荡或谐振。

使用闭环输出阻抗(ZOUT)曲线以及电容器和电阻滤波器网络的曲线有助于驱动输出滤波器设计的值、从而实现快速稳定的输出信号。

有关此主题的更多信息、请阅读 模拟应用期刊中的《为进行稳定性分析而对运算放大器的输出阻抗进行建模》

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