运算放大器稳定性

7.40 所示）下 给定IOUT 负载的 ZO 模型。



图 7.40：ZO 完整模型计算

CMOS RRO 放大器的ZO 及容性负载

如果通过初始放大器 Aol 建立修正 Aol 曲线，在驱动容性负载时，负载电容器 CL 将与 ZO 模型电容器 CO 串联。注意串联电容值的计算方式与并联电阻值的计算类似。因此，若 CL ＜ CO，则 CL 起决定作用；若 CL ＞ CO 则 CO 起决定作用。修正 Aol 曲线的第二个极点 fp2 与 RO 及 Ceq（CO 及 CL 的等价电容）直接相关，图 7.41 显示了这些关键点。



图 7.41：修正 Aol fp2 的计算

图 7.42 是用来修正 CMOS RRO 放大器容性负载的 Aol 曲线的测试电路。LT 使 AC 环路开路，而 LT 在 DC 工作点计算中却提供了短路作用。CT 对 DC 开路，而对任何设定频率的 AC 短路。修正 Aol 曲线即 VOA / VM。



图 7.42：修正 Aol 测试电路

图 7.43 为 CL 从空载至 10,000nF 的真实修正 Aol 曲线。fp2 相应位置的测量值如图中标注所示。



图 7.43：CL 修正 Aol 曲线

图 7.44 对 fp2 测量值与 ZO 模型预测值进行了对比。结果表明，我们可以自信地使用 ZO 模型来预测真实的修正 Aol 图。请注意 1nF 负载预测误差较大，原因是我们没有考虑 OPA348 Aol 第二个高频极点 (2.87MHz)的效应。因为CL与 2.87MHz 相差太大，另一个fp2 位置可以确定，所以 OPA348 Aol 的第二个极点对预测没有影响。



图 7.44：修正 Aol fp2预测值与真实值的比较

CMOS RRO 放大器 Aol 上 RL 的低频效应

正当我们认为完成了 CMOS RRO 放大器 的相关工作时……CMOS RRO 放大器也出现了另一种低频 Aol 现象。CO 与 RL 的相互作用产生了高通滤波效应，使 Aol 曲线的低频部分趋于平坦（如图 7.45 所示）。



图 7.45：RL 的 Aol 低频效应

图 7.46 是分析 RL 对 CMOS RRO Aol 曲线影响的测试电路。很容易通过调整RL大小来观察 Aol 上的效应。



图 7.46：RL 测试电路的 Aol 低频效应

图 7.47 清楚显示了空载、100kΩ 以及 5kΩ等阻性负载的低频 Aol 效应。



图 7.47： Aol 低频部分的 RL 效应 AC 图

图 7.48 中的测试电路使我们可以看清CO 及 RL 在 CMOS RRO Aol 曲线的低频区域的效应。Vaol 代表空载、未修正的 Aol 曲线。VHP 是 CO 及 RL 产生的高通滤波效应。VOA 是未修正的 Aol 曲线通过由 CO 及 RL 形成的高通滤波器时产生的修正 Aol 曲线。



图 7.48：测评 Aol 上 RL 效应的等效电路

图 7.49 为 RL=5kΩ 时的 综合AC 曲线，显示了未修正的 Aol 曲线 Vaol，CO 及 RL的高通滤波器效应和网络传递函数，以及Vaol 通过 VHP 产生的修正 Aol 曲线 VOA。由于 Bode 图上的加法等价于线性乘法，所以我们只需将 Vaol 与 VHP 相加即可得到 VOA 曲线。



图 7.49：测评 Aol 上 RL 效应的等效电路图

CMOS RRO 放大器的ZO 总结

图 7.50 总结了 CMOS RRO 放大器 ZO 的关键参数。在高频段，ZO 由 RO 决定。对大多数负载而言，当 DC 输出负载电流增加时，RO 降低并与 IOUT 成反比。然而，在低IOUT 时，RO 与IOUT 成正比。在中低频区域，ZO 是容性 CO。如果容性负载 CL 连接到 CMOS RRO 输出上，则 RO 及 CO 将与 CL 相互作用并产生比原有的 Aol 曲线多一个极点 fp2 的修正 Aol 曲线。Aol 曲线的低频部分受到阻性负载 RL 的影响，RL 与 CO 相互作用形成高通滤波效应，使中低频区域的 Aol 曲线趋于平坦。RO 随过程和温度而变化。有关过程及温度变化的经验法则是 0.5× ROtyp (-55C) ～ 2× ROtyp (125C)，其中 ROtyp 为 25C 时的 RO 典型值。我们研究得出的经验法则不总是适用于 CMOS RRO 放大器的开环输出阻抗。最完整和精确的 ZO 数据应该从放大器厂商处或经过测量获得。



图 7.50：CMOS RRO 的 ZO 总结