全差分电压反馈型放大器的反馈电阻选择
0 2022-01-18

我的全差分电压反馈型放大器的稳定性似乎受反馈电阻值很的影响很大,但RF/RG比一直都是正确的。到底发生了什么?

信号需要增益时,放大器是首选组件。对于电压反馈型和全差分放大器,反馈和增益电阻之比RF/RG决定了增益。设定一定的比率后,下一步是选择RF或RG的值。RF的选择可能影响放大器的稳定性。

放大器的内部输入电容可在数据手册的规格表中找到,其与RF交互以形成传递函数中的一个极点。如果RF极大,此极点将影响稳定性。如果极点发生的频率远高于交越频率,则不会影响稳定性。不过,如果通过f=1/(2πRFCin,amp)确定的极点位置出现在交越频率附近,相位裕量将减小,可能导致不稳定。

图1的示例显示小信号闭环增益与ADA4807-1电压反馈型放大器频率响应的实验室结果,采用同相增益为2的配置,反馈电阻为499Ω、1kΩ和10kΩ。数据手册建议RF值为499Ω。

“”图1:使用不同反馈电阻的实验室结果VS=±5V,VOUT=40 mV p-p,RLOAD=1kΩ,针对499Ω、1kΩ和10kΩ的RF

小信号频率响应中的峰化程度表示不稳定性。RF从499Ω增加至1kΩ后,峰化仅仅轻微增加。这意味着RF为1kΩ的放大器具有充足的相位裕量,且较稳定;RF为10kΩ时则不是这样。高等级的峰化意味着不稳定性(振荡),因此不建议采用。

“”图2:使用ADA4807 SPICE模型的模拟结果VS=±5V,G=2,RLOAD=1kΩ,针对499Ω、1kΩ和10kΩ的RF

在实验室中验证电路并非检验潜在不稳定性的强制步骤。图2显示使用SPICE模型的模拟结果,采用相同的RF值499Ω、1kΩ和10kΩ。其结果与图1一致。图3所示为时域内的不稳定性。

“”图3:使用ADA4807 SPICE模型的脉冲响应模拟结果VS=±5V,G=2,RLOAD=1kΩ,针对499Ω、1kΩ和10kΩ的RF

通过按图4所示在RF两端放置反馈电容给传递函数添加零点,可以消除不稳定性。

“”图4:脉冲响应仿真结果,使用3.3pF反馈电容CFVS=±5V,G=2,RF=10kΩ,RLOAD=1kΩ

RF的选择存在功耗、带宽和稳定性的权衡。如果功耗很重要,并且无法使用数据手册建议的反馈值,或需要更高的RF值,可选择与RF并联放置反馈电容。这样的选择会降低带宽。

为电压反馈型和全差分放大器选择RF时,需要考虑系统要求。如果速度不重要,那么反馈电容有助于稳定较大的RF值。如果速度很重要,建议使用数据手册中推荐的RF值。忽略RF与稳定性、带宽和功率的关系可能妨碍系统,甚至阻碍系统实现完整性能。 

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