步骤 3:计算所需运算放大器增益带宽积
进行基本稳定性分析,我们将获得本步骤背后的逻辑,如果您只想进行计算,可以直接跳到公式 5。图 1 是用于分析的 TINA-TI 电路。反馈环路使用大电感器 (L1) 中断,而电压源则可通过大电容器 (C1) AC 耦合至该环路。该环路在运算放大器输出端中断,以便输入电容的效果包含在分析中。我们可执行 AC 传输特性,并使用后处理器生成开环增益 (AOL) 和噪声增益 (1/β) 曲线(图 2)。
![图 1:中断互阻抗放大器的反馈并生成 A<sub>OL</sub> 和 1/β 曲线](/Uploads/2014_08/article/8dda5ea659.jpg)
图 1:中断互阻抗放大器的反馈并生成 AOL和 1/β 曲线
![图 2:典型互阻抗放大器电路的 A<sub>OL</sub> 和 1/β 曲线图](/Uploads/2014_08/article/b312914285.jpg)
图 2:典型互阻抗放大器电路的 AOL和 1/β 曲线图
1/β 曲线上有 3 个关注点。首先,在以下频率位置有一个零点:
(1)
在该频率以上,1/β 曲线以每十倍频程 20dB 的速率增加。接下来,在公式 2 频率位置有一个极点:
(2)
这会导致 1/β 曲线“变平”。最后,1/β 曲线将在以下频率位置与 AOL 曲线相交:
![](data:image/jpeg;base64,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)
在公式 5 中,fGBWL是运算放大器的单位增益带宽。为保持稳定性,AOL曲线必须在 1/β 曲线变平时与 1/β 曲线相交(假设是一个单位增益稳定的运算放大器)。如果 AOL曲线在 1/β 曲线上升时与 1/β 曲线相交(如图 4 中虚线所示),电路可能会震荡。这可为我们带来以下规则:
(3)
将 fI和 fp的公式带入该规则,并求解单位增益带宽,我们可得到以下实用公式:
![](/Uploads/2014_08/article/9b3bc1453b.jpg)
公式 5 消除了为互阻抗放大器设计选择运算放大器时的一道难题。选择具有足够带宽的运算放大器,不但可确保获得足够的信号带宽,而且还有助于避免潜在的稳定性问题!
设计实例
现在,我把这个过程运用在设计实例中,并对比采用两个运算放大器时的电路性能。一个运算放大器符合我们所计算的增益带宽要求,另一个不符合。该设计实例的要求如表 1 所示。
表 1:互阻抗放大器的实例性能要求
![](/Uploads/2014_08/article/7d1727fecf.jpg)
首先,我们计算可使电路稳定并达到带宽目标的最大反馈电容:
![](/Uploads/2014_08/article/ab78f4c66c.jpg)
下一步,我们将确定放大器反相输入端电容。由于我们还没有为电路选择运算放大器,因此我们不知道 CD和 CCM2的值。记住,我在第 1 部分中建议将 10pF 作为该电容的合理电容估计值。
![](/Uploads/2014_08/article/ad14d0d10f.jpg)
最后,我们可计算运算放大器的增益带宽要求:
![](/Uploads/2014_08/article/8ed75ff229.jpg)
在该实例中,我将对比表 2 中所列的两个运算放大器:
表 2:设计实例中两个运算放大器的增益带宽积对比
![](/Uploads/2014_08/article/85922f6fb4.jpg)
从前面的计算中我们知道,这两个运算放大器中的一个 (OPA313) 不具备电路所需的足够带宽。但实际上,这怎么会影响电路工作呢?