硬件十万个为什么：运放8——运算放大器容性负载驱动问题

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问：为什么我要考虑驱动容性负载问题?
答：通常这是无法选择的。在大多数情况下，负载电容并非人为地所加电容。它常常 是人们不希望的一种客观存在，例如一段同轴电缆所表现出的电容效应。但是在有些情况下 ，要求对运算放大器的输出端的直流电压进行去耦。例如，当运放被用作基准电压的倒相或 驱动一个动态负载时。在这种情况下，你也许在运放的输出端直接连接旁路电容。不论哪种 情况，容性负载都要对运放的性能有影响。

5 A& r4 w" N+ \1 A  y! s7 P 问：容性负载如何影响运放的性能?
答：为简单起见，可将放大器看成一个振荡器。每个运放都有一个内部输出
电阻RO，当它与容性负载相接时，在运放传递函数上产生一个附加的极点。正如图1(b)波 特图幅频特性曲线表示，附加极点的幅频特性斜率比主极点20dB/十倍频程更徒。从相频特 性曲线图1(c)中可以看出，每个附加极点的相移都增加-90°。我们可用图1(b)或图1(c)来判断电路的稳定性。从图1(b)中可以看出，当开环增益和反馈衰减之和大于1时，电路会 不稳定。同样，在图1(c)中，如果某一工作频率低于闭环带宽，在这个频率下环路相移超过 -180°时，运放会出现振荡。电压反馈型运算放大器(VFA)的闭环带宽等于运放增益带宽积(
5 [$ |, v- }. h% z7 w- TGBP，或单位增益频率)除以电路闭环增益(A CL )。运算放大器电路的相位裕度定义为使电路不稳定所要求的闭环带宽处对应的附加相移(即环路相移十相位裕度=-180°)。当相位裕度为0时，环路相移为-180°，此运放电路不稳定。通常，当相位裕度小于45°时，会出现问题，例如频响“尖峰”，阶跃响应中的过冲或“振铃”。为了使相位裕度留有余地，容性负载产生的附加极点至少应比电路的闭环带宽高10倍，如果不是这样电路可能不稳定。