简介

南皇电子专注于整合中国优质电子TI代理商现货资源，提供合理行业价格，战略备货，快速交付控制，是国内领先的TI芯片供应商，轻松满足您的需求TI芯片采购需求.（http://www.litesemi.com/）

一些运算放大器(运放)具有感性开环输出阻抗，这种运放可能比阻性输出阻抗运算放大器更复杂。最常用的技术之一是使用断开环路的方法，这涉及到断开闭环电路的反馈环路和检查环路增益，以确定相位裕度。一种鲜为人知的方法是使用闭环输出阻抗，环输出阻抗。在本文中，我将讨论如何使用闭环输出阻抗来稳定带阻性或感性开环输出阻抗的运算放大器。

等式1计算闭环输出阻抗Zout，它取决于开环输出阻抗Zo，开环增益Aol，和反馈系数B。方程1显示，随之而来Aol的减小，Zout增加：

Zout = Zo/(1 Aol*B) (1)

闭环输出阻抗可以是阻性、感性和双感性的，这取决于操作放大器中开环输出阻抗的设计。对于带阻性开环输出阻抗的操作放大器，由于Aol随着频率的增加而减少。Aol减小时，闭环输出阻抗变为感性。闭环输出阻抗对于带感性开环输出阻抗的操作放大器具有双感性。

图1显示了操作放大器闭环输出阻抗的两个示例。左边是阻性开环输出阻抗；右边是开环输出阻抗中的感性区域。对于左侧的阻性开环输出阻抗，请注意约10 Hz上， Zout随着频率的增加，表现为16.4μH的电感。右侧的感性开环输出阻抗示例有三个区域：容性、阻性和感性。这使得闭环输出阻抗分别是阻性、双感性和感性。

图1: 阻性Zo，阻性和感性Zout(左)；带感性区域的感性区域Zo，带双感性的Zout(右)；电阻开环输出阻抗的操作放大器

图2显示了具有阻性开环输出阻抗的操作放大器驱动容性负载。

图2：驱动容性负载的阻性开环输出阻抗

图3显示一个1μF电容的阻抗（Zc）、闭环输出阻抗（Zout）等效闭环输出阻抗（Zeq）。可见等效阻抗在40左右 kHz时（此时Zout感性区域与容负载相交)具有谐振频率。这种共振频率会引起操作放大器的输出振荡，导致不稳定。

图3：1-μF电容阻抗、闭环输出阻抗和等效闭环输出阻抗

图4显示了运算放大器输出中谐振频率引起的大量过冲。运算放大器的输出为40 kHz左右振荡。

图4:输出上大量过冲

为了纠正这种不稳定性，必须在电路中添加隔离电阻，因为它会改变等效闭环阻抗，消除共振频率。等式2给出了计算稳定电路所需的最小电阻值：

R>2*sqrt(L/C) (2)

如前所述，Zout显示为一个16.4μH电感μF必须使用8的容性负载Ω或更大的隔离电阻来稳定电路。图5显示了带隔离电阻的原理图。

图5:带隔离电阻的原理图

图6显示了带隔离电阻的等效闭环输出阻抗（Zeq）。注意到谐振峰被消除了。

图6:带隔离电阻的等效闭环输出阻抗

图7显示，添加了大量过冲8Ω消除隔离电阻。

图7：使用一个8Ω隔离电阻后的过冲

带感性开环输出阻抗的操作放大器

一些操作放大器在开环输出阻抗中有一个感性区域。这使得闭环输出阻抗变为双感性，使容性负载难以稳定。图8显示了使用感性开环输出阻抗的1-μF电容阻抗（Zc）、闭环输出阻抗（Zout）等效闭环输出阻抗（Zeq）。再次注意，大约120 kHz在这里，双感性闭环输出阻抗和容性负载阻抗相互作用，导致不稳定。

图8：1-μF电容阻抗、闭环输出阻抗和等效闭环输出阻抗

图9显示了运算放大器的输出Zeq峰值引起的大量过冲。120运算放大器输出 kHz左右振荡。

图9:输出上大量过冲

为了纠正这种不稳定性，可以在反馈环中添加电阻来改变开环输出阻抗，从而消除闭环输出阻抗中的双感性区域。这简化了隔离电阻的计算，以稳定操作放大器。图10显示了反馈环中添加的电阻，以改变开环输出阻抗。

图10:反馈环路中电阻的原理图

图11显示，在反馈环路中添加100Ω电阻可以消除开环输出阻抗中的大部分感性区域。目前修改后的闭环输出阻抗为10Hz以上显示为一个2.32 μH电感。

图11:修改后的开环和闭环输出阻抗

由于开环输出阻抗大多是阻性的，因此可以采用与使用阻性开环输出阻抗稳定操作放大器相同的方法。Ω隔离电阻可以稳定电路。图12显示使用100Ω电阻修改开环输出阻抗Ω稳定的隔离电阻电路。

图12:带反馈电阻和隔离电阻的稳定电路原理图

图13显示，通过向电路中添加两个电阻来消除大量过冲和回响。

图13:在反馈环路中串联一个电阻加上隔离电阻后的过冲

结论

TI是什么品牌稳定感性开环输出阻抗的运输比稳定感性开环输出阻抗的运输复杂得多。使用闭环输出阻抗法相比，使用闭环输出阻抗稳定操作放大器会增加额外的好处，使您能够判断是否需要修改开环输出阻抗。在反馈环中添加电阻简化了稳定感性开环输出阻抗的设计过程。

与TI与高精度实验室操作放大器视频系列中讨论的方法相比，该方法显著降低了稳定操作放大器所需的隔离电阻值。因此，下次当您发现很难稳定操作放大器时，您可以考虑使用本文讨论的方法，看看在添加隔离电阻之前是否需要修改开环输出电阻。

参考文献

1.“基于Zout关于负载电感放大器稳定性的闭环分析。SLYA029，2017年10月。