如何应对运算放大器电容负载

电容性负载会影响运算放大器电路的稳定性，导致大量过冲、振铃，情况严重时会造成震荡，如何应对这个“可恶”的运算放大器电容负载？

其实，目前已经有很多资料介绍了基本的稳定性理论，不过，下面这个小经验用简单的计算方法告诉你如何避免放大器震荡。

一般来说，如果使用放大器驱动电容负载(图 1、CLOAD)，一个不错的经验是采用一个 50 或 100 欧的电阻器 (RISO) 将放大器与电容器隔开。这个附加电阻器可能会阻止运算放大器振荡。

图 1.支持电容负载的放大器可能需要在放大器输出与负载电容器之间连接一个电阻器。

但是，使用 50 或 100 欧姆 (RISO) 电阻不一定每次都管用。问题来了，“如果 CLOAD 超过产品说明书中推荐的运算放大器电容负载值时该怎么办?”

如果您无法找到任何说明书指导，或您的负载电容 (CLOAD) 确实超过了产品说明书推荐值，那问题的答案就要取决于：

·放大器增益带宽积(GBWP 或 fU)

·放大器的开环输出电阻 (RO)

·电容器负载值 (CLOAD)

图 1 中的频率与增益图显示了当 RISO 和 CLOAD 加到放大器输出端时放大器开环增益曲线的情况。如果使用这三个变量，您就可以计算出适当的 RISO 值。

下面是确定 RISO 值时的规则：

(公式 1)

(公式 2)

这两个规则可确保电路的稳定。

适合这一概念的应用是将输入驱动至 SAR-ADC。在这种情况下，需要该信号在转换器的采集时间内 (tACQ) 内稳定。公式 3 中的 K 是 ADC 时间常数乘法器，其可提供半 LSB 的高精度。对于 ADS7886 等 16 位转换器而言，K 等于 11.78。

(公式 3)

我们来应用这些公式，采用以下参数进行计算：

·对于 OPA365

·fU = 50 MHz

·R0 = 30 欧姆

·增益 = 1 V/V

·对于 ADS7886

·tACQ = 300 ns

·CIN = 21 pF

·CLOAD = 390 pF

OPA365 产品说明书显示，100 pF 的负载会产生 30% 的过冲(图 2)。

图 2. OPA365 过冲与电容负载

公式 1、2 和 3 可帮助解决该过冲问题。

·公式 1，RISO => 3.33 欧姆

·公式 2，RISO => 30.97 欧姆

·公式 3，RISO ~ 61.96 欧姆

鉴于这三个公式，RISO 必须等于 61.9 欧姆(0.1% 容差)。

有些制造商在其产品说明书中包含了稳定性与电容负载典型性能曲线。他们甚至还会在电气性能表中加以说明。当然，这些信息都很有帮助。但您也可通过本文中使用的计算避免放大器振荡或过度过冲。