DIY必備:電流源設計中的運放振蕩問題
發布時間:2014-07-21 責任編輯:sherryyu
【導讀】電流源對於工程師來說,不可或缺。但是更多的工程師都隻是用一整套的PCB,元件,程序等成套產品,將套件dedongxihanjiehao,tiaoshiyixiajiukeyile。qishilimiandejishuhanlianghengao,bushinamejiandan。benwenzhishicongjiangshuyuanlichufa,zhidaodajiazuogerenrennengzhangkongdedianliuyuan。
對於工程師來說,電流源是個不可或缺的儀器,也有很多人想做一個合用的電流源,而應用開源套件,就隻是用一整套的PCB,元(yuan)件(jian),程(cheng)序(xu)等(deng)成(cheng)套(tao)產(chan)品(pin),參(can)與(yu)者(zhe)隻(zhi)需(xu)要(yao)將(jiang)套(tao)件(jian)的(de)東(dong)西(xi)焊(han)接(jie)好(hao),調(tiao)試(shi)一(yi)下(xia)就(jiu)可(ke)以(yi)了(le),這(zhe)裏(li)麵(mian)的(de)技(ji)術(shu)含(han)量(liang)能(neng)有(you)多(duo)高(gao),而(er)我(wo)們(men)能(neng)從(cong)中(zhong)學(xue)到(dao)的(de)技(ji)術(shu)又(you)能(neng)有(you)多(duo)少(shao)呢(ne)?本(ben)文(wen)隻(zhi)是(shi)從(cong)講(jiang)述(shu)原(yuan)理(li)出(chu)發(fa),指(zhi)導(dao)大(da)家(jia)做(zuo)個(ge)人(ren)人(ren)能(neng)掌(zhang)控(kong)的(de)電(dian)流(liu)源(yuan)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)就(jiu)是(shi)設(she)計(ji)到(dao)模(mo)擬(ni)部(bu)分(fen)的(de)內(nei)容(rong),而(er)基(ji)本(ben)不(bu)涉(she)及(ji)單(dan)片(pian)機(ji),希(xi)望(wang)朋(peng)友(you)能(neng)夠(gou)從(cong)中(zhong)學(xue)到(dao)點(dian)知(zhi)識(shi)。
加速補償--校正Aopen
校正Aopen是補償的最佳方法,簡單的Aopen補償會起到1/F補償難以達到的效果,但並非解決一切問題。
如果振蕩由於po位於0dB線之上造成,可想到的第一辦法是去掉po.
去掉極點作用的基本方法是引入零點。
引入零點的最佳位置為Ro,Ro上並聯電容Cs可為MOSFET輸入端引入一個零點zo.
但Ro是運放內部電阻,無法操作,因此在Ro後添加一隻電阻Rs,並將Cs與Rs並聯。

如果Rs>Ro,則可基本忽略Ro的作用。
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增加Rs和Cs後,會使MOSFET輸入端的極點po和零點zo頻率分別為:
po=1/2pi(Cs+Cgs)Rs,zo=1/2pICsRs.
如果Cs>Cgs,則原有的極點po=1/2piRoCs由高頻段移至低頻段,頻率由Cs、Cgs和Rs決定,而非Cgs和Ro決定,新引入的零點zo也在低頻段並與po基本重合,兩者頻率差由Cgs與Cs的比例決定,因而很小。

通常Rs=2k-5kOhm,Cs=0.01-0.1uF.
Rs和Cs將原有極點po移至低頻段並通過zo去除。像極了chopper運放裏通過采樣將1/f噪聲量化到高頻段後濾除。很多不沾邊的方法思路都是相通的。
由瞬態方法分析,Cs兩端電壓不可突變,因此運放輸出電壓的變化會迅速反應到柵極,即Cs使為Cgs充電的電流相位超前pi/2.因此Cs起到加速電容作用,其補償稱為加速補償或超前補償。
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很多類似電路裏在Rs//Cs之後會串聯一隻小電阻,約100 Ohm,再稍適調整零點和極點位置,此處不必再加,那個忽略的Ro很合適。
看個範例,Agilent36xx係列的MOSFET輸入級處理,由於PNP內阻很小,至少比運放低得多,因此後麵有一隻R42=100 Ohm.

在此之前,如果看到C49和R39,恐怕很多壇友會很難理解其作用,然而這也正是體現模擬電路設計水平之處。有人感歎36xx係列電路的複雜,然而內行看門道,其實真正吃功夫的地方恰在幾隻便宜的0805電阻和電容上,而非那些一眼即可看出的LM399、AD712之類的昂貴元件。
本次增加成本:
3.9k Ohm電阻 1隻 單價0.01元,合計0.01元
0.1uF/50V電容 1隻 單價0.03元,合計0.03元
合計0.04元
合計成本:9.46元
潛在的振蕩:運放的高頻主極點pH
通過加速補償,由Cgs造成的極點作用基本消除。
然而,0dB線附近還有一個極點--運放的高頻主極點pH.
事實上,就純粹的運放而言,pH隻在0dB線之下不遠的位置。與po類似,由於gmRsample的增益作用,pH也有可能浮出0dB線,從而使Aopen與1/F的交點斜率差為40dB/DEC,引起振蕩。
pH的位置比po低,因此gmRsample的增益必須更高才能使電路由於pH而產生振蕩,然而gmRsample由於datasheet中沒有完整參數,實際上隻能大致預測而無法精確計算。因此必須采取一定措施避免pH的作用。
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