运算放大器稳定性

模式下，流过两个器件的 QP 及 QM 的电流均为 22uA时，RO 等于 200Ω。Im 增大表示 IOUT 流入放大器输出端的电流也在增大，QP 接收的电流逐渐减小直至当 Im = 44μA 时完全关闭。此时，RO 为最大值 (RO Max = 282.25Ω )。IOUT 电流增大则 RO 将会减校



图 7.27：RO 增大/减小参数实例

我们已经选择了 OPA348、CMOS RRIO 放大器来研究 CMOS RRO ZO。该器件具有非常精确的 SPICE 宏模型，其 ZO 参数通过了实验室测评。通过 Tina SPICE 能方便地查看 ZO 参数。在第一个 ZO 测量中我们将使用最大负载电流 10mA。请注意：图 7.28 所示的测试电路中，电流计 IOUT 的作用是确保将 IOUT 的 DC 值精确控制在 10mA。简单地将 V1 除以 RL 不能完全解决放大器输入补偿电压的参数问题，这可能会导致意外误差。



图 7.28：ZO、重负载、IOUT = +10mA

IOUT 等于 10mA 时的 ZO AC 图中包含一个 34.79Ω 的高频 RO 元件。ZO 在低于 10kHz 的频段明显呈现容性。我们推测 RO 的输出电流最低，原因是 QM 完全关闭且所有的输出级电流都流过 QP。



图 7.29：ZO AC 图、重负载 IOUT = +10mA

图 7.30中的重负载 RO 模型说明：RO 的输出电流最低，原因是 QM 完全关闭且所有的输出级电流都流过 QP。



图 7.30：重负载 RO 模型

我们将使用图 7.31中的电路计算空载 ZO 曲线。根据 IQ 与 IAB 关系的经验法则，OPA348 中 IQ=45μA，所以 IAB=22.5μA。483.65fA 的误差电流对空载 ZO 曲线不会有显著的影响。



图 7.31：ZO、无负载 IOUT = 0mA

如图 7.32 所示，IOUT 等于 0mA 时的 ZO 包含一个 196.75Ω 的高频 RO 元件。ZO 在低于 3kHz 的频段明显呈现容性。



图 7.32：ZO AC 图、无负载 IOUT = 0mA

图 7.33 中的空载 RO 模型表明，OPA348 中的输出 QP 及 QM 对 RO 具有相同的影响。图中同时假定 A-B 类偏置电流为 22.5μA。



图 7.33：无负载 RO 模型

我们现在知道了重负载和空载时的 ZO 意味着什么。我们关心的另一个关键曲线是 RO 变成最大值时的轻负载。我们并不十分清楚该工作点的位置，原因是我们不能看到 OPA348 A-B 类偏置级的内部，但在计算 AC 传输曲线之前，我们需要知道该点的位置。使用图 7.34 中的技术和电路将能够很快达到目的。如果我们继续运行如图所示的 AC 分析/计算 AC 结点电压分析，就可以变换 V1 值并迅速更新 VOA。VOA 的读数为均方根值。我们将 IG1 设定为 1A、AC 生成器、f=1MHz（这正好处于 RO 主导 ZO 的频率范围之内）。一旦找到能够产生最大 VOA 的 V1 值，就可以用其计算 AC 传输曲线。请注意：VOA 的读数为均方根值，其中包含 VOA 的所有 DC 分量。另请注意：关于电流电平，在 7.35μVrms 区域中的DC 值将会下降，与 VOA 在 254.56Vrms 区域的没有显著区别。轻负载下 RO 的 AC 幅度值为 254.56Vrms / .707Arms = 360Ω（AC 正弦波 Arms = 0.707Ap）。



图 7.34：轻负载寻求最大 RO

图 7.35 为 ZO 轻负载测试电路。



Fig. 7.35: ZO, light lLoad, IOUT = +7.35uA

图 7.36 是 ZO 轻负载 AC 传输函数分析结果。图中显示了我们预测到的 360Ω RO，ZO 在低于大约 3kHz 处呈现容性。



图 7.36：ZO AC 图、轻负载 IOUT = +7.35mA

轻负载模型（如图 7.37 所示）的 QP 处于开启状态而 QM 处于关闭状态，QP 因其阻抗最低所以将决定 RO 的值。因为仅需 7.35μA 的负载电流即可关闭 QM，所以最初假定的 A-B 类偏置电流为 22.5μA 可能不正确。IAB 的大小可能比 7.35μA 大不了多少。


图 7.37：轻负载 ZO 模型

图 7.38 为 OPA348 的完整 ZO 曲线集。我们所关心的关键曲线包括：
IOUT = +7.35uA (RO = 360Ω à RO 最大)
IOUT = +7.35uA (RO = 196.75Ω à RO 空载)
IOUT = +87.4uA (RO = 198.85Ω ) ，在此IOUT 值下，RO 约等于 RO 空载。?
IOUT ＞ 87.4μA 导致 RO ＜ RO 空载
IOUT = +10mA (RO = 34.79Ω )

图示的其他曲线仅供验证处于关键曲线之间的工作状态。另外 ZO 曲线可用于判断负电流值的 IOUT。但是在电流曲线的正值区域，这些曲线间距过密，无法将其置于 IOUT 的顶部，故将其省略以保证图表清晰。所有 CMOS RRO 放大器产品说明书应包含这些关键的 ZO 曲线。



图 7.38：完整的 ZO 曲线：CMOS RRO

要建立 RRO CMOS 放大器的等价 ZO 模型，我们需要分析 ZO 曲线上的断点 fz。图 7.39 显示了这些断点在重负载和空载下的测量值。根据频率和 RO 值可以确定 CO 值。



图 7.39： ZO 曲线上的断点fz

使用 ZO 图可以完成空载和重负载 (10mA)（如图