当前位置:首页 > 电源 > 功率器件
[导读]本技术文章系列的前三期重点介绍了使用低功率放大器进行设计的好处以及如何最大限度地提高其效率。不幸的是,低功率放大器也需要权衡取舍。在第四部分中,我将考虑低功率放大器设计中最常见的挑战之一——不稳定性——以及如何用一种简单的技术解决这个问题。 大多数运算放大器 (op amp) 应用在负反馈环路中使用放大器,其中输出信号 (OUT) 连接到反相输入 (IN–)。负反馈对于确保输出电压进行调整以使输入保持在相同的电压电平是必要的。这种调整可防止运算放大器的开环增益(通常为 1 V/MV 或 120 dB)将放大器的输出轨控到电源电压之一。因此,负反馈有助于保持放大器的输出稳定且可预测。

本技术文章系列的前三期重点介绍了使用低功率放大器进行设计的好处以及如何最大限度地提高其效率。不幸的是,低功率放大器也需要权衡取舍。在第四部分中,我将考虑低功率放大器设计中最常见的挑战之一——不稳定性——以及如何用一种简单的技术解决这个问题。

大多数运算放大器 (op amp) 应用在负反馈环路中使用放大器,其中输出信号 (OUT) 连接到反相输入 (IN–)。负反馈对于确保输出电压进行调整以使输入保持在相同的电压电平是必要的。这种调整可防止运算放大器的开环增益(通常为 1 V/MV 或 120 dB)将放大器的输出轨控到电源电压之一。因此,负反馈有助于保持放大器的输出稳定且可预测。

不幸的是,简单地将 OUT 反馈到 IN- 不足以确保稳定的负反馈。如果输出信号在返回 IN– 的途中被延迟,则输入引脚上的电压将不匹配。然后,输出电压将过度校正并超过其最终值,以尝试解决问题。这种效应的结果是较长的输出稳定时间。如果延迟变得足够长,则反馈信号将具有足够的相位延迟,使其看起来像正反馈而不是负反馈。结果将是不需要的振荡,如图 1 所示。

 

1:意外的运算放大器不稳定

反馈网络中的大电阻-电容 (RC) 时间常数是造成这种延迟的原因。运算放大器的开环输出阻抗 (R O ) 和放大器的负载电容 (C Load ) 的组合,或大反馈电阻(R F R G)与运算放大器的输入电容 (C CMC Diff ),形成 RC 时间常数。图 2 显示了运算放大器电路中这些组件的示例。请注意,有些元件在运算放大器内部,而另一些在外部。RC 时间常数越大,延迟越长。

 

2:运算放大器不稳定的常见来源

使用低功率运算放大器的电路特别容易受到稳定性问题的影响,因为低功率运算放大器本身具有较大的开环输出阻抗。对于表 1 中的低功耗运算放大器,随着静态电流 (I Q ) 和增益带宽积 (GBW) 的降低,放大器的开环输出阻抗会增加,从而使低功耗器件即使在容性负载较轻的情况下也不稳定. 此外,具有低功耗运算放大器的电路可能会使用大反馈电阻来节省功耗,从而进一步恶化稳定性。

典型规格

TLV9062

TLV9002

TLV9042

TLV8802

电源电压 (V S )

1.8V-5.5V

1.8V-5.5V

1.2V-5.5V

1.7V-5.5V

带宽 (GBW)

10兆赫

1兆赫

350kHz

6kHz

25°C 时每通道的典型 Q

538µA

60µA

10µA

320 毫安

10 kHz 时的开环输出阻抗

100Ω

1.1kΩ

7.5kΩ

190kΩ

1:比较低功耗运算放大器

稳定技术

最常见的稳定方法是隔离电阻 (R iso ) 方法,该方法用于具有容性负载的放大器。这种稳定性技术只需要在反馈环路之后的运算放大器输出端增加一个电阻,而且这个电阻通常不需要太精确。尽管隔离电阻器可能很大并且会导致由电压降引起的输出误差,但大多数低功率电路具有低电流输出。因此,隔离电阻的主要缺点对于低功率运算放大器而言通常不是一个重大问题。

那么 R iso方法是如何工作的呢?输出端的容性负载与放大器的开环输出阻抗相互作用,产生一个 RC 时间常数。该 RC 时间常数在反馈路径中引入了显着延迟。过大的延迟可以有效地将负反馈回路转变为正反馈回路。放置适当大小的 R iso组件(如图 3 所示)可以抵消 RC 时间常数的影响并减少反馈延迟。结果是一个更稳定的电路。TI Precision Labs运算放大器视频系列对这种效应提供了更严格的数学解释。

 

 

3:改进的运算放大器稳定性

尽管 R iso方法是一种有效的技术,但它并不适用于所有应用。例如,大反馈电阻与放大器输入电容的相互作用有时会导致不稳定。这种相互作用在具有增益的低功率放大器电路中更为常见;将其视为反馈网络中的另一个延迟。为了抵消这种影响,我们可以选择使用大小与放大器输入电容(由共模输入电容 [CCM] 和差模输入之和表示)相似反馈电容 (C Comp )数据表中的电容 [C Diff ]),从而抵消了由输入电容和反馈电阻形成的时间常数。

 

 

4:带和不带 C Comp 20mV 阶跃输入

作为实际考虑,我建议在低功耗运算放大器电路附近的电路板上包括 R iso C Comp的印刷电路板 (PCB) 封装以及相应的测试点。这样做可以通过添加组件快速修复稳定性问题,并且比重新设计 PCB 更容易且成本更低。不需要时,我们可以用 0-Ω 电阻器替换 R iso并使 C Comp不填充。

结论

低功耗运算放大器是功率受限应用中的重要组件。不幸的是,这些设备带来了稳定性挑战。使用上述技术,这些困难可以得到缓解,我们可以享受稳健的低功耗运算放大器电路设计所带来的节能效果。



声明:本文仅代表作者本人观点,不代表本站观点,如有问题请联系站方处理。
换一批
延伸阅读

2022 年 8 月 2 日,中国 – 意法半导体的TSB582双路高输出放大器可以简化工业电机、阀门、旋转变压器和汽车电动转向系统、自动泊车等感性和低阻性负载驱动电路。

关键字: 意法半导体 运算放大器

运放作为模拟电路的主要器件之一,其供电方式分为单电源供电和双电源供电两种,这是由运放的芯片结构所决定的。

关键字: 运算放大器 电源

低压和便携式应用需要轨到轨 I/O 运算放大器来获得动态范围和最大输出信号摆幅。这些运算放大器接受两个电源轨 200 mV 范围内的输入电压,其输出电压摆幅在电源轨 50 mV 范围内。轨到轨 I/O 运算放大器会引入独...

关键字: 运算放大器 负载阻抗

摘要:介绍了矿井提升机工作时的制动原理,提出了一种新的制动控制系统,利用Simu1ink仿真分析软件建立了该系统的仿真分析模型,对不同控制方式下的速度变化情况进行了分析,结果表明,新的提升机制动控制系统能够显著提升制动过...

关键字: 制动系统 稳定性 优化

跨阻抗放大器(TIA) 最常使用运算放大器(op amps) 构建。而且,越来越多的(如果不是全部的话)模数转换器(ADC) 是全差分系统,需要具有单端差分机制。对于需要直流耦合的应用,这主要是通过使用全差分放大器(FD...

关键字: 运算放大器 跨阻抗放大器

摘要:对液压机械悬臂控制系统进行了理论分析和建模,提出了一种有别于传统PID控制器的功能函数控制策略。在AMEsim仿真平台上建立了计算机仿真模型,并通过设置和调整主要参数仿真试验了其对液压机械悬臂控制系统的动态性能的影...

关键字: 液压机械悬臂 AMEsim仿真 稳定性

我们在项目中如何预计运算放大器 (op amp) 的有源模拟滤波器中的振铃?模拟滤波器的目的是去除有意频带中的信号,而不是无意中将额外的振铃添加到信号路径中。考虑查看每个滤波器级的 Q 值或品质因数。图 1 显示了二阶低...

关键字: 运算放大器 Q 值

社区成员有机会赢取运算放大器套件用于构建参赛项目

关键字: e络盟 运算放大器

2022 年 3 月 25 日,中国– 意法半导体TSV772 双路运算放大器 (运放) 兼备高精度和低功耗,更有尺寸很小的2.0mm x 2.0mm DFN8封装可选。

关键字: 意法半导体 运算放大器 电源设计

摘要:对液压机械悬臂控制系统进行了理论分析和建模,提出了一种有别于传统PID控制器的功能函数控制策略。在AMEsim仿真平台上建立了计算机仿真模型,并通过设置和调整主要参数仿真试验了其对液压机械悬臂控制系统的动态性能的影...

关键字: 液压机械悬臂 AMEsim仿真 稳定性

编辑精选

技术子站

关闭