测试运算放大器需要稳定的测试环路

　　本文我们将介绍使用推荐测试电路时所涉及的补偿问题。如果测试电路中的环路不稳定，那它就没有用。在测试过程中要一直监控被测试器件测试环路的输出。如果环路发生振荡，而您不知道，您可能会报告不好的结果。更糟糕的是，您可能很晚才发现，而此时纠正该问题已经更难了。

　　自测试补偿

　　使用大型电阻器测试 时，需要为每个 Ib 电阻器布置一个小电容器，以保持环路稳定（请参考之前的文章）。添加该电容器可降低电阻器噪声，但要注意在测量之前要完全充电电容器。

　　双放大器环路补偿

　　有几款运算放大器适合环路放大器，它们包括 OPA445(＄5.3438)、OPA454(＄3.0938)、OPA551(＄2.1375) 和 OPA627BP(＄22.3425)，但其它类似器件也没问题。表 1 针对该目的使用的任何放大器列出了重要的特性参数：

　　表1.第 1 类及第 2 类补偿所需的放大器特性。

　　如果失调电压时间增益会导致环路放大器输出进入电轨，您可能需要一款电源大于被测试器件电源的环路放大器。这种情况下可能需要对被测试器件的最终性能进行微调。例如，如果最初未微调的失调电压是 20mV，那么环路放大器就需要能够支持 20V 摆动。这种问题在测量 时也会出现。

　　指零放大器的输入共模范围是重要的考虑因素。将环路放大器的电源与共模范围进行部分结合，必须有助于实现被测试器件的轨至轨输出。您可以通过偏移被测试器件的电源来实现这一点。在环路放大器中获得额外的共模范围非常便捷。

　　一旦选择环路放大器，您就需要获取环路放大器和被测试器件的波特图。图 4 是 OPA551 和 OPA227(＄1.5200) 的波特图。这些波特图都是来自产品说明书的典型曲线。我们将 OPA551 作为环路放大器，将 OPA227 作为被测试器件，如图 4 中的实例所示。

　　从图 4 中的波特图可以看到，OPA551 的增益带宽 （GBW） 是 3MHz，OPA227 的增益带宽是 8MHz。OPA551 的 DC 增益大约为 125dB，OPA227 的 DC 增益大约是 160dB。

　　第 1 类补偿法

　　有了环路放大器和被测试放大器的波特图，您可以绘制出代表测试环路的波特图。可使用对数标尺方格纸手工绘制波特图来确定补偿电容器值，这种方法固然可靠，不过使用电子数据表会使该任务得到大幅简化。一旦设定好了电子数据表，再为任何新部件确定补偿值都会很轻松。

　　第 1 类补偿需要用到几个公式。被测试器件使用公式 1：

　　公式 1 应该创建一个与被测试器件产品说明书中开环增益曲线匹配的曲线。您可通过调整 3dB 点来确定曲线，获得正确的带宽。

　　在双放大器环路中，被测试器件的输出可作为输入连接至环路放大器。因此，这些运算放大器可进行级联。增益是两个放大器增益的乘积。以分贝为单位时，增益乘积就是求和。由于我们以分贝为单位，因此应将公式 1 和公式 3 相加得到两个放大器的总和。

　　在Excel表格中应为：=B10+C10

　　图 6 中的电路可仿真第 1 类环路响应。

　　我们分别针对 C1=2.2nF、7.7nF 和 22nF 运行了瞬态仿真。环路控制输入从 0V 变成了 10V，就像测量运算放大器 Aol 时的情况一样。图 7 是所得的输出波形。三种情况环路都很稳定，但小于 7.7nF 时有明显的振铃。因此，环路为欠阻尼。电容器值高于 7.7nF 时，环路为过阻尼状态。电容器为 22nF 时，环路在 1.0ms 内还未趋稳。它最终还是会趋稳，但会消耗更多的测试时间。

　　第 2 类补偿法

　　对于第 2 类补偿，我们需要绘制出被测试器件和环路放大器的波特图。公式 4 至 5 相同，但一个代表被测试器件，另一个代表环路放大器。

　　接下来绘制这两条增益曲线的总和图。

　　最后，使用公式 6 绘制反馈网络的曲线

　　在 Excel 表格中应为：=20*LOG10(＄7.8187)（$B$7/（SQRT（1+（$A10/$B$6）^2））），其中 $B$7 是环路放大器的 DC 增益，$A10 是频率，而 $B$6 则是环路放大器的 3dB 衰减频率。

　　接下来绘制这两条增益曲线的总和图。

　　最后，使用公式 6 绘制反馈网络的曲线：

　　图 8 是所得到的曲线。

　　图 9 是不同补偿电容器对环路趋稳时间的影响。选择用于提供 30dB 交点频率的电容器，可获得临界阻尼响应。

现在我们可以比较两类补偿的环路响应。当是临界阻尼时，第 2 类补偿可使电路在大约 27µs 内趋稳。这就意味着它的趋稳时间是 17µs，因为图 9 中环路控制在 10µs 时被改变。第 1 类补偿直到大约 450µs 时才稳定。第 2 类补偿趋稳时间要快 26 倍。即使第 2 类补偿是欠阻尼和过阻尼状态，趋稳速度也