我需要多大的運算放大器帶寬？（3）

　　在這個(gè)包含三篇文章的博客系列中，我介紹了如何為您的互阻抗放大器電路選擇具有足夠帶寬的運算放大器。閱讀第 1 部分了解相關(guān)內容。在第 2 部分中，我不僅創(chuàng )建了一個(gè)設計實(shí)例(使用該過(guò)程選擇可滿(mǎn)足這些電路需求的運算放大器)，而且還確定了所需的運算放大器帶寬是 5.26MHz。

　　表1：互阻抗放大器的實(shí)例性能要求

　　現在，我們將對比兩個(gè)運算放大器：一個(gè)符合要求，另一個(gè)不符合。

　　表2：設計實(shí)例中兩個(gè)運算放大器的增益帶寬積對比

　　相位裕度對比

　　相位裕度是一個(gè)穩定性指標，可在環(huán)路增益等于 0dB 的位置將放大器環(huán)路增益 (AOL* β) 相位與 180 度相比。0 度相位裕度表明負反饋已經(jīng)變成正反饋，說(shuō)明系統不穩定。相位裕度可使用第 2 部分(圖 1)的電路進(jìn)行測量，其可中斷反饋環(huán)路。在 AOL* β 電壓幅值等于 0dB 的頻率位置可測量 AOL* β 電壓的相位(Vout 探針)。

　　圖1：用于評估相位裕度的TINA-TI?仿真原理圖

　　圖 2 是在Tina-TI中使用OPA316得到的 ac 傳輸特征仿真結果。從游標位置我們可以看到在 232.455 kHz 下 AOL* β = 0dB 時(shí)，相位裕度為 66.66 度。

　　圖2：用于確定相位裕度的環(huán)路增益波特圖

　　重復OPA313的這一分析可得到 31.65 度的相位裕度。從技術(shù)上講，該部分在這一相位裕度下是穩定的，但它不會(huì )被視為穩定的設計。如果生產(chǎn)了大量這樣的電路，有一些可能會(huì )因運算放大器技術(shù)參數的容差問(wèn)題而不穩定。

　　階躍響應對比

　　降低的相位裕度還會(huì )產(chǎn)生其它影響。例如，它可導致電路階躍響應中的過(guò)沖和振鈴問(wèn)題。為說(shuō)明這種影響，我使用瞬態(tài)仿真在電路輸入端應用了 1uA 電流階躍 (IG1)，并測量了趨穩到 0.1% 理想值所需的時(shí)間。

　　圖3：將1uA電流階躍應用到輸入端，以仿真階躍響應

　　OPA316的階躍響應不僅表現出最低的過(guò)沖，而且還在 13μs 內趨穩至 0.1%。相反，OPA313則在響應過(guò)程中表現出顯著(zhù)的過(guò)沖和振鈴，需要 75μs 才能趨穩到 0.1%。

　　圖4：用于1uA輸入電流階躍(綠)的OPA316(藍)和OPA313(紅)的階躍響應

　　幅值響應對比

　　最后，降低的相位裕度會(huì )引起電路傳輸函數峰值。圖 5 是兩個(gè)運算放大器的幅值響應。OPA313的傳輸函數出現了 5dB 的增益峰值，這可能是無(wú)法接受的。更糟的是，使用OPA313時(shí)的 -3dB 位置是 78.47kHz。

　　圖5：使用OPA313(紅)和OPA316(藍)構建的互阻抗放大器的頻率響應對比

　　另一方面，OPA316的傳輸函數不僅沒(méi)有出現峰值，而且 -3dB 位置為 134.41kHz。

　　結論

　　對比計分板顯示：OPA316更符合我們的設計要求：

　　但這并不奇怪!我們的這 3 個(gè)步驟得到了 5.26MHz 的最小增益帶寬要求。如果低于該值，電路穩定性、趨穩時(shí)間與帶寬都會(huì )受到影響。希望本系列文章所介紹的這 3 個(gè)步驟將有助于您為您的互阻抗放大器快速選擇合適的運算放大器，或者至少能幫忙將TI 1375 種選項縮小到一定的范圍!