發布日期：2022-04-28 點擊率：75
在這個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 部分了解相關內容。在第 2 部分中，我不僅創建了一個設計實例（使用該過程選擇可滿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：互阻抗放大器的實例性能要求
現在，我們將對比兩個運算放大器：一個符合要求，另一個不符合。
表 2：設計實例中兩個運算放大器的增益帶寬積對比
相位裕度對比
相位裕度是一個穩定性指標，可在環路增益等于 0dB 的位置將放大器環路增益 (AOL * β) 相位與 180 度相比。0 度相位裕度表明負反饋已經變成正反饋，說明系統不穩定。相位裕度可使用第 2 部分（圖 1）的電路進行測量，其可中斷反饋環路。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，相位裕度為 66.66 度。
圖 2：用于確定相位裕度的環路增益波特圖
重復 OPA313 的這一分析可得到 31.65 度的相位裕度。從技術上講，該部分在這一相位裕度下是穩定的，但它不會被視為穩定的設計。如果生產了大量這樣的電路，有一些可能會因運算放大器技術參數的容差問題而不穩定。
階躍響應對比
降低的相位裕度還會產生其它影響。例如，它可導致電路階躍響應中的過沖和振鈴問題。為說明這種影響，我使用瞬態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沖，而且還在 13μs 內趨穩至 0.1%。相反，OPA313 則在響應過程中表現出顯著的過沖和振鈴，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，降低的相位裕度會引起電路傳輸函數峰值。圖 5 是兩個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，這可能是無法接受的。更糟的是，使用 OPA313 時的 -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：
GBW | PM（度） | 趨穩時間 (0.1%) | BW | |
1 MHz | 31.65° | 75μs | 78.47 kHz | |
10 MHz | 66.68° | 13μs | 139.41 kHz |
但這并不奇怪！我們的這 3 個步驟得到了 5.26MHz 的最小增益帶寬要求。如果低于該值，電路穩定性、趨穩時間與帶寬都會受到影響。希望本系列文章所介紹的這 3 個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！
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 可配置 AFE 改變電力
