“可恶”的运算放大器电容负载
运算放大器的稳定性10―电容性负载的稳定性具有双通道
运算放大器稳定性系列第10部分（共15部分）：电容性负载的稳定性—具有双通道反馈的 RI作者：德州仪器 (TI) 线性应用工程经理 Tim Green本系列的第 10 部分是我们所熟悉的《电气工程》杂志 (Electrical Engineering) 中《保持电容性负载稳定的六种方法》栏目的第六种方法（也是最后一种方法）。
这六种方法包括 Riso、高增益和 CF、噪声增益和CF、输出引脚补偿以及具有双通道反馈的 RISO。
在第 10 部分中，我们将阐述具有双通道反馈的 RISO。
这种拓扑结构通常用于缓冲高精度参考集成电路。
作为一种电压缓冲器，运算放大器电路可提供较高的源电流和吸收电流，这两种电流最初均来自高精度参考集成电路。
虽然，我们特别关注其中一种电路增益——电压跟随器电路增益，但是，当增益大于 1 时（只对所提供的计算公式做稍微调整），我们仍可以采用具有双通道反馈的 RISO。
在此我们将重点讲述两种最主要的运算放大器拓扑结构，即双极发射极跟随器以及 CMOS RRO。
分析和合成的步骤和技术相类似，但是，仍存在细微的差别，这些细微的差别足以确保观察到各种不同的输出拓扑结构。
为了获得一种意外的收获，我们有意不遵循经以往的历史经验，并创建 BIG NOT 以检测不适当稳定性补偿的效果。
从稳定性分析工具套件中，我们可以看到，具有双通道反馈的 RISO 技术由一阶分析得出，经Tina S PICE环路稳定性仿真确认，并由 Tina SPICE 中的 Vout/Vin AC 传输函数分析进行检验，最后采用Tina SPICE 中的实际瞬态稳定性测试方法进行全面的检验。
在过去长达25年中，我们在真实环境以及实际的电路情况下进行了测算，充分验证了这种电容稳定性技术。
然而，由于资源的限制，本文所述电路并未进行实际构建，在此仅供读者练习或在自身特定的技术应用（如分析、合成、仿真、构建以及测试等）中使用。
双极发射极跟随器：具有双通道反馈的 RISO我们选择用于分析具有双通道反馈的 RISO的双极发射极跟随器为 OPA177，具体情况请参阅图 10. 1。
含电容的运算放大器电路的计算
电容的运算放大器电路是一种常见的电子电路，它可以实现电压放大和滤波功能，广泛应用于许多电子系统中。
本文将从基本概念、电路结构、工作原理和计算方法等方面对含电容的运算放大器电路进行详细介绍，帮助读者更好地理解和应用这一电路。
一、基本概念1. 运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种集成电路，具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，广泛应用于电子电路中。
2. 电容是一种存储电荷的元件，具有阻抗与频率成反比的特性，可以用于滤波和信号处理。
二、电路结构含电容的运算放大器电路通常由运算放大器、电容和其它元件组成，其中电容可以用来实现滤波、积分、微分等功能。
三、工作原理1. 电容的作用：电容在运算放大器电路中可以用来滤波、积分、微分等。
在滤波电路中，电容可以与电阻配合，实现低通滤波、高通滤波、带通滤波等功能。
2. 电容的阻抗特性：电容的阻抗与频率成反比，即Zc=1/(jωC)，其中Zc为电容的阻抗，ω为角频率，C为电容的电容值。
3. 运算放大器的特性：运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、无限大的开环增益等特点，在实际应用中可以近似认为是理想运算放大器。
四、计算方法1. 低通滤波电路的计算：对于低通滤波电路，可以通过电容和电阻的组合来实现。
其传递函数为H(jω)=1/(1+jωR1C1)，其中R1和C1分别为电阻和电容的取值。
通过调整R1和C1的取值，可以实现不同的频率特性。
2. 高通滤波电路的计算：高通滤波电路同样可以通过电容和电阻的组合来实现。
其传递函数为H(jω)=jωR2C2/(1+jωR2C2)，其中R2和C2分别为电阻和电容的取值。
通过调整R2和C2的取值，可以实现不同的频率特性。
3. 带通滤波电路的计算：带通滤波电路通常采用多级滤波电路进行实现，可以组合低通滤波和高通滤波电路来实现。
可以通过串联或并联的方式组合低通和高通滤波电路，来实现不同的频率特性。
三极管放大电路负载串联电容作用
三极管放大电路负载串联电容作用
负载串联电容在三极管放大电路中的作用有以下几点：
1. 阻止直流漂移：负载串联电容可以阻止由直流偏置电压引起的直流漂移。
直流信号会被电容封锁在负载电容上，而直流电压则无法通过电容。
2. 提高低频放大增益：负载电容可以通过低通滤波的方式去除低频信号，使得低频信号无法通过电容。
这样可以提高低频放大增益，使得输出信号的频率响应更加平稳。
3. 降低高频干扰：负载电容可以通过高通滤波的方式去除高频信号，使得高频信号无法通过电容。
这样可以减少高频干扰对放大电路的影响，提高信号的纯净度。
需要注意的是，负载电容的数值选择要适当，过小的电容可能会限制低频响应，过大的电容可能会限制高频响应。
因此，在设计三极管放大电路时需要根据具体的需求选择适合的负载电容。
“可恶”的运算放大器电容负载
“可恶”的运算放大器电容负载
他们说假如用法驱动负载(图 1、CLOAD)，一个不错的阅历是采纳一个
50 或 100 欧的器 (RISO) 将放大器与隔开。
这个附加电阻器可能会阻
挡振荡。
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衔接一个电阻器。
用法 50 或 100 欧姆 (RISO) 电阻不一定每次都管用。
问题是，“假如 CLOAD 超过产品解释书中推举的运算放大器电容负载值时该怎么办?”
假如您无法找到任何解释书指导，或您的负载电容 (CLOAD) 的确超过了产品解释书推举值，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状况。
假如用法这三个变量，您就可以计算出适当的 RISO 值。
下面是确定 RISO 值时的规章：
(公式 1)
(公式 2)
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“驯服”振荡—电容性负载问题
“驯服”振荡—电容性负载问题作者：Bruce Trump，德州仪器(TI)鉴于反馈通路中相移（或者称作延迟）引起的诸多问题，我们一直在追求运算放大器的稳定性。
通过上次的讨论我们知道，电容性负载稳定性是一个棘手的问题。
“麻烦制造者”运算放大器开环输出电阻(Ro)，实际并非运算放大器内部的一个电阻器。
它是一个依赖于运算放大器内部电路的等效电阻。
如果不改变运算放大器，也就不可能改变这种电阻。
C L 为负载电容。
如果您想驱动某个C L，您就会受困于Ro 和C L 形成的极点频率。
G=1 时20MHz 运算放大器的反馈环路内部 1.8MHz 极点频率便会带来问题。
请查看图1。
对于这个问题，有一种常见解决方案—调慢放大器响应速度。
想想看，环路具有固定的延迟，其来自Ro 和C L。
为了适应这种延迟，放大器必须更慢地响应，这样它才不至于超过去，错过希望获得的终值。
减速的一种好办法是，将运算放大器放置在更高的增益中。
高增益降低了闭环放大器的带宽。
图 2 显示了驱动相同1nF 负载但增益为10 的OPA320，其小步进值的响应性能得到极大提高，但仍然很小。
将增益增加到25 甚至更大，似乎相当好。
但是另一个问题出现了。
图 3 增益仍为10，但增加了Cc，其将速度又降低了1 位。
Cc 过小时，响应看起来更像图2。
Cc 过大时，可能出现问题，其看起来更像图1。
恰到好处地补偿，可解决“靠近速率”问题——Bode图分析。
这已经超出一篇博客文章所能讨论的范围了，因此我只能试着给您一些建议。
在解决这些问题时，可以借助于您的直觉，但是如果您提高补偿操作的能力水平，那么就需要向Bode 先生（Bode图）请教了。
我以前的同事Tim Green，写过一个关于运算放大器稳定性和Bode图分析的系列文章。
另外，我的同事Collin Wells也发表过许多精辟的见解。
如果您想深入了解，我强烈建议您首先观看文章后面的Collin讲座。
另外，如果您够幸运的话，您还可以在TI 技术研讨会现场观看他的讲座。
理想运算放大器组成的电容负反馈电路
理想运算放大器组成的电容负反馈电路下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
理想运算放大器组成的电容负反馈电路该文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document 理想运算放大器组成的电容负反馈电路 can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!电容负反馈电路是一种利用电容作为反馈元件的放大电路，该电路结构简单，稳定性好，被广泛应用于各种电子设备中。
电容感性负载驱动——超声功率放大器 功率放大器常见问题解决方法
电容感性负载驱动——超声功率放大器功率放大器常见问题解决方法随着电子试验室的测试讨论升级，很多试验测试都需要用到信号源、示波器、超声功率放大器等测试仪器，压电陶瓷晶片是一种结构简单且灵活的电学器件，当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形；在很多测试中驱动都需要高电压、大功率。
电容性负载驱动：压电器件电压放大器当振动压电陶瓷时，则会产生相应电荷。
压电陶瓷晶片适合机械形变、振动、次声波、声波和超声波和次声波的产生和检测，具有灵敏度高，无磁场散播外溢，不用铜线和磁铁，成本低耗电少，便于大量生产等优点而获得了广泛应用。
常见的压电器件包括：压电陶瓷片、压电传感器、压电换能器等。
ATA—2000系列是一款理想的可放大交、直流信号的超声功率放大器。
大差分输出1600Vp—p （800V）高压，可以驱动高压型负载。
电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您供应了便利简洁的操作选择，同时双通道高压放大器输出还可同步调整，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。
电感性负载驱动：磁场线圈亥姆霍兹线圈，是指假如有一对相同的载流圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流，当线圈间距等于线圈半径时，两个载流线圈的总磁场在轴的中点相近的范围内是均匀的。
亥姆霍兹线圈紧要用途是，产生标准磁场；霍尔探头和各种磁强计的定标；地磁场的补偿；磁屏蔽效果的判定；空间辐射磁场的测量和排出；物质磁特性的讨论；生物磁性的讨论等等。
ATA—3000系列功率放大器是一款理想的可放大交、直流信号的功率放大器。
大输出功率810W，可以驱动功率型负载。
电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您供应了便利简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。
功率放大器原理如何？高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以充分发送功率的要求；然后经过天线将其辐射到空间，保证在确定区域内的接收机可以接收到充分的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
十八、运放容性负载问题
十八、运放容性负载问题18 运算放大器容性负载驱动问题Grayson King,Analog Devices Inc.问：为什么我要考虑驱动容性负载问题?答：通常这是无法选择的。
在大多数情况下，负载电容并非人为地所加电容。
它常常是人们不希望的一种客观存在，例如一段同轴电缆所表现出的电容效应。
但是在有些情况下，要求对运算放大器的输出端的直流电压进行去耦。
例如，当运放被用作基准电压的倒相或驱动一个动态负载时。
在这种情况下，你也许在运放的输出端直接连接旁路电容。
不论哪种情况，容性负载都要对运放的性能有影响。
问：容性负载如何影响运放的性能?答：为简单起见，可将放大器看成一个振荡器。
每个运放都有一个内部输出电阻RO，当它与容性负载相接时，在运放传递函数上产生一个附加的极点。
正如图1(b)波特图幅频特性曲线表示，附加极点的幅频特性斜率比主极点20dB/十倍频程更徒。
从相频特性曲线图1(c)中可以看出，每个附加极点的相移都增加-90°。
我们可用图1(b)或图1(c)来判断电路的稳定性。
从图1(b)中可以看出，当开环增益和反馈衰减之和大于1时，电路会不稳定。
同样，在图1(c)中，如果某一工作频率低于闭环带宽，在这个频率下环路相移超过-180°时，运放会出现振荡。
电压反馈型运算放大器(VFA)的闭环带宽等于运放增益带宽积(GBP，或单位增益频率)除以电路闭环增益(A CL )。
运算放大器电路的相位裕度定义为使电路不稳定所要求的闭环带宽处对应的附加相移(即环路相移十相位裕度=-180°)。
当相位裕度为0时，环路相移为-180°，此运放电路不稳定。
通常，当相位裕度小于45°时，会出现问题，例如频响“尖峰”，阶跃响应中的过冲或“振铃”。
为了使相位裕度留有余地，容性负载产生的附加极点至少应比电路的闭环带宽高10倍，如果不是这样电路可能不稳定。
问：那么我应该如何处理容性负载?答：首先我们应该确定运放是否能稳定地驱动自身负载。
运放输出端口有大电容负载的补偿方法
运放输出端口有大电容负载的补偿方法1. 增加模拟电路的稳定性和响应速度是处理运放输出端口大电容负载的关键挑战之一。
2. 为了解决这一问题，可以使用零极点补偿技术，其中在运放的反馈回路内引入零点和极点，以稳定输出电路并降低阶跃响应的过冲和振荡。
3. 另一种方法是使用毛切斯稳定器（Tsu75或Tsu77），它是一种特殊的负反馈网络，可提供额外的相位裕度和频率稳定性，有助于应对大电容负载的挑战。
4. 采用多级增益放大器设计，以降低输出阻抗，提高电路的带宽和稳定性。
5. 通过添加补偿电容或电感来抵消输出电路中由大电容负载引起的相位延迟，以维持系统的稳定性。
6. 采用交叉耦合技术，通过在反馈网络中引入动态阻抗来抑制大电容负载引起的相位失真。
7. 使用交叉耦合电容，它可以在运放输出端口和负载之间提供补偿，以保持系统的稳定性和性能。
8. 结合布朗基环和米勒效应进行动态补偿，以提高输出端口对大电容负载的稳定性。
9. 选择合适的运放器件，例如具有高输出驱动能力和过载保护特性的运放器件，以适应大电容负载的需求。
10. 采用主动低通滤波器，以抑制运放输出端口大电容负载引起的高频振荡和干扰。
11. 使用低ESR电解电容或固体电解电容，以提供电源隔离和稳定性，降低大电容负载对系统的影响。
12. 采用带有内部电流限制器和短路保护功能的运放器件，以降低输出端口面对大电容负载时的不稳定性。
13. 使用防护电路和稳压器来保护运放器件免受大电容负载的过载和瞬态冲击。
14. 结合软启动电路，以减缓输出端口对大电容负载的启动过程，降低系统压陷和过载风险。
15. 采用恒流充电器或限流电路，以控制输出端口对大电容负载的充电过程，提高系统的稳定性和可靠性。
16. 定制输出级功率放大器的设计，以匹配大电容负载的电流需求，保证系统的动态响应和稳定性。
17. 采用有源电流源和差分对输入，以降低运放输出端口面对大电容负载时的共模噪声和失真。
18. 设计有效的磁化电流补偿电路，以处理大电感负载对运放器件的影响，提高系统的稳定性和性能。
十八、运放容性负载问题
十八、运放容性负载问题18 运算放大器容性负载驱动问题Grayso n King,Analog Device s Inc.问：为什么我要考虑驱动容性负载问题?答：通常这是无法选择的。
在大多数情况下，负载电容并非人为地所加电容。
它常常是人们不希望的一种客观存在，例如一段同轴电缆所表现出的电容效应。
但是在有些情况下，要求对运算放大器的输出端的直流电压进行去耦。
例如，当运放被用作基准电压的倒相或驱动一个动态负载时。
在这种情况下，你也许在运放的输出端直接连接旁路电容。
不论哪种情况，容性负载都要对运放的性能有影响。
问：容性负载如何影响运放的性能?答：为简单起见，可将放大器看成一个振荡器。
每个运放都有一个内部输出电阻RO，当它与容性负载相接时，在运放传递函数上产生一个附加的极点。
正如图1(b)波特图幅频特性曲线表示，附加极点的幅频特性斜率比主极点20dB/十倍频程更徒。
从相频特性曲线图1(c)中可以看出，每个附加极点的相移都增加-90°。
我们可用图1(b)或图1(c)来判断电路的稳定性。
从图1(b)中可以看出，当开环增益和反馈衰减之和大于1时，电路会不稳定。
同样，在图1(c)中，如果某一工作频率低于闭环带宽，在这个频率下环路相移超过-180°时，运放会出现振荡。
电压反馈型运算放大器(VFA)的闭环带宽等于运放增益带宽积(GBP，或单位增益频率)除以电路闭环增益(A CL )。
运算放大器电路的相位裕度定义为使电路不稳定所要求的闭环带宽处对应的附加相移(即环路相移十相位裕度=-180°)。
当相位裕度为0时，环路相移为-180°，此运放电路不稳定。
通常，当相位裕度小于45°时，会出现问题，例如频响“尖峰”，阶跃响应中的过冲或“振铃”。
电容、电感元件、运算放大器
运算放大器是电路设计中常用的一种电子器件，其选择直接影响到电路的性能和稳定性。
详细描述
首先，需要根据电路需求选择合适的运算放大器类型，如通用型、低噪声型、高速型等。 其次，考虑运算放大器的带宽增益乘积和失调电压等关键参数。此外，还需要关注其功 耗和封装形式，以确保其在电路中的稳定性和性能。在选择运算放大器时，还需特别注
03
成。
运算放大器的种类与特性
通用型运算放大器
适用于一般应用场合，具有较宽的带宽和低 噪声等特点。
高精度型运算放大器
适用于需要高精度测量和控制的场合，具有 低失调电压和低漂移等特点。
低功耗型运算放大器
适用于电池供电和便携式设备，具有低功耗 和较长的使用寿命等特点。
高速型运算放大器
适用于高速信号处理和采样-保持电路，具 有较高的带宽和转换速率等特点。
意其输入阻抗和输出阻抗对电路的影响。
06
实际应用案例分析
电容
总结词：储能元件
详细描述：电容是电路中常用的储能元件，可以存储电荷。在交流电路中，电容可以用于过滤或平滑 信号。
电容
总结词：隔直通交
详细描述：在电路中，电容具有“隔直通交”的特性，即对直流信号呈现高阻抗，对交流信号呈现低阻抗。
电容
总结词：调谐电路
电感元件的选择
总结词
电感元件的选择对于电路设计同样重要，特别是在涉及到电磁感应和滤波电路的设计中。
详细描述
首先，需要根据电感的工作频率和电流选择合适的线圈匝数和线径。其次，考虑电感的磁芯材料和结 构，以优化其性能。此外，还需要关注电感的品质因数和分布电容，以确保其在电路中的稳定性和性 能。
运算放大器的选择
储能元件
利用电容的储能特性储存电能 ，用于短时间大电流放电或脉
保持运算放大器电路电容性负载稳定性的三种方法
所 按 高 如 图 ２ ０ｄ Ｂ ／ｄ ｅｃ ａ ｄｅ 。
１
示 ，
照Ｔ Ｉ
精 度 实 验 室 视 频 中 介 绍 的 设 计 步 骤 并
通 过 将 零 点 设 置 在 不 小 干 负 载 Ａ ｏ ｌ 曲
线 为 ２０ ｄ Ｂ 时 的 频 率 上 该 补 偿 电 路 则 ，
能 够 产 生 稳 定 的 结 果 且 相 位 裕 度 大 于
将
一个 隔
离电
阻Ｒ （
与 。 ｓ ，
）
电 容 性 负 载
串联 。
隔
离电
阻 为 Ａ ？ ｕ ｌ
Ｐ
传
递
函
数
加 入 一 个 零 点 ， 可 以 抵 消 极 点 的 相 位
偏移 ，
并使 闭 合速 Ｒ ｏ ｓ ｉ ｄ 补 ｆｂ 偿 电 路 和 开环 结 果
列可接受级 别中 的增益
Ａ ？
（
。，
Ｐ）
相
位 裕 度 减 小 。
目 前 已 经 有 很 多 资 料 详 尽 地 介
绍 了 基 本稳 定 性 理 论 ，
例如 ，
Ｔ 丨 高
精 度 实 验 室 运 一 算 放 大 器 视 频 。 有
多 种 补 偿 电 路 可 以 在 施 加 电 容 性 负
电 路 Ｒ
Ｉ
Ｓ０
＋Ｄ
ＦＢ
同
时使
用
Ｒ １
Ｓ 。和 双
通
道
反 馈
Ｒ
（
Ｉ
＋
Ｓ（ ）
ＤＦ
Ｂ
） 电路
是确保直
流精度且
稳
定 电 容 性 负 载 的 常 见 解 决 方 案 。 正 如
处理容性负载，这里有三种方法！
处理容性负载，这里有三种方法！容性负载一定会影响运算放大器的性能。
简单地说，容性负载可以将放大器变为振荡器。
今天我们就来说说——•容性负载如何将放大器变为振荡器•如何处理容性负载?放大器变振荡器？这是有原理的！运算放大器固有的输出电阻R o与容性负载一起，构成放大器传递函数的另一个极点。
如波特图所示，在每个极点处，幅度斜率（负值）减小20dB/10倍。
请注意各极点如何增加多达-90°的相移。
我们可以从两个角度来考察不稳定性问题。
请看对数图上的幅度响应，当开环增益与反馈衰减之和大于1时，电路就会变得不稳定。
类似地，还可以看相位响应，在环路相移超过-180°的频率，如果此频率低于闭环带宽，则运算放大器往往会发生振荡。
电压反馈型运算放大器电路的闭环带宽等于运算放太器的增益带宽积（GBP，或单位增益频率）除以电路的闭环增益（A CL）。
运算放大器电路的相位余量可以看作是使电路变得不稳定时所需的闭环带宽的额外相移量（即相移+相位余量=-180°)。
随着相位余量趋于0，环路相移趋于-180°，运算放大器电路便趋于不稳定。
通常而言，如果相位余量值远小于45°，就会导致频率响应的尖峰，以及阶跃响应时的过冲或响铃振荡等问题。
为了保持足够的相位余量，容性负载所产生的极点至少应比电路的闭环带宽高10倍。
如果不是这样，请考虑电路不稳定的可能性。
如何处理容性负载？教你三招首先应当确定，运算放大器能否安全地驱动自身负载。
许多运算放大器数据手册规定了“容性负载驱动能力”，另有一些则提供了关于“小信号过冲与容性负载之间关系”的典型数据。
查看这些数值，可以发现过冲随着负载电容增加成倍递增。
当过冲接近100%时，运算放大器便趋于不稳定。
如果可能，请让过冲远低于此限值。
另外请注意，此图针对特定增益而言。
对于电压反馈型运算放大器，容性负载驱动能力随着增益的增加而提高。
因此，在单位增益时能够安全驱动100pF电容的电压反馈型运算放大器，在增益为10时应当能够驱动1000pF电容。
呆持运算放大器电路电容性负载稳定性的三种方法
精 度 实验 室一 运 算 放 大 器 视 频 。有 多种 补 偿 电路 可 以 在 施 加 电 容 性 负 载 时 保 持 运 算 放 大 器 的 稳 定 性 。 在 本 博 文 中 ，我 将 介 绍 三 种 常 见 的 补 偿 电路 ，这些 补偿 电路利 用 ＤＩ Ｙ放 大
器评 估模块 （ ＤＩ Ｙ ＡＭ Ｐ —ＥＶ Ｍ） 进 行 设计 和测试 。
隔离 电阻 一 Ｒ
最 常 见且 最 易于 设 计 的 方 法 是
将 一 个隔 离 电阻 （ Ｒ。 ） 与 电容 性 负载
串联 。 隔离 电阻 为 Ａ ・１ ３传 递 函 数
加入 一 个零点 ，可以抵 消极 点的 相位 偏 移 ，并 使 闭 合速 率 （ Ｒ０Ｃ） 回到 图２ Ｒ ｉ ｓ ｏ ＋Ｄ Ｆ 日 补偿 电路和开环结果
位裕度减 小。 电 压 降 ，从 而 导 致 电路 加 载 负 载 时 的 端 的 电 压 ；通 过 Ｃ Ｆ 的 交 流 反 馈 通 道 与
Ｌ ９前 已 经 有 很 多 资 料 详 尽 地 介 直 流精 度的降低。
绍 了 基 本 稳 定 性 理 论 ， 例 如 ，Ｔ Ｉ 高
Ｒ ， 电路 处于高频时 的原理类似 ，能确
（ ０ ｐ ａ ｍｐ ） 电路 的 稳 定 性 ， 导致 大量 过 精 度实验 室视 频 中介绍的 设计 步骤 并 同时 使 用Ｒ 和 双 通 道 反 馈
冲 、振 铃 、稳定 时 间长 ，情 况 严重时 通过 将零 点设 置 在不 小于 负载ＡＯ ｌ 曲 （ Ｒ ＋ Ｄ Ｆ Ｂ ） 电路是 确保直流精度且稳
图４ 对 比运 算放大器输 出端（ Ｖｏ ） 小 时 出现 。
Ｊｍ ｊ ，
失 时 ，Ｒｉ ｓ ｏ ＋ ＤＦＢ 电 路 比 原 Ｒ㈨ 电路 的 信 号阶 跃输 入的 瞬态响 应值 和 电路 输 建 立时 间 更 长 。 出（ Ｖ ） 端 小 信 号 阶 跃 输 入 的 瞬 态 响 ．
运算放大器和电阻电容组成
前 置 放 大 器
采 样 保 持 器
A/D 转 换 器
接 口 逻 辑 电 路
PC 总 线
图 3-1 模拟量输入通道的结构组成
显然，该通道的核心是模/数转换器即A/D转换器，通常 把模拟量输入通道称为A/D通道或AI通道。
1 信号调理电路
在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种 类型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压 法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下 是两种变换电路。
(b)可变增益放大器
图3-6 前置放大器
链接动画
把图3-6（a）中的外接电阻RG换成一组精密的电阻 网络，每个电阻支路上有一个开关，通过支路开关依次通 断就可改变放大器的增益，根据开关支路上的电阻值与增 益公式，就可算得支路开关自上而下闭合时的放大器增益 分别为2、4、8、16、32、64、128、256倍。显然，这一 组开关如果用多路模拟开关(类似CD4051)就可方便地进行 增益可变的计算机数字程序控制。此类集成电路芯片有 AD612/614等。
采样保持器由输入输出缓冲放大器A1、A2和采样开关S、
保持电容CH等组成。采样期间，开关S闭合，输入电压VIN通 过A1对CH快速充电，输出电压VOUT跟随VIN变化；保持期间， 开关S断开，由于A2的输入阻抗很高，理想情况下电容CH将保 持电压VC不变，因而输出电压VOUT=VC也保持恒定。
VIN VIN A1 S
(3-2)
目前这种测量放大器的集成电路芯片有多 种，如AD521/522、INA102等。
可变增益放大器
在A/D转换通道中，多路被测信号常常共用一个测 量放大器，而各路的输入信号大小往往不同，但都要放 大到A/D转换器的同一量程范围。因此，对应于各路不
运放电容负载
运放电容负载运放（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种非常常见的电子元件，它在电子电路中起着放大信号的作用。
运放的输出电流能够驱动电容负载，因此在设计电路时，需要考虑运放对电容负载的影响。
电容负载在电子电路中广泛应用，例如电容耦合放大器、滤波器等。
当运放驱动电容负载时，有两个主要因素需要考虑：首先是电容负载的大小，其次是电容负载的性质。
首先考虑电容负载的大小。
电容负载的大小决定了运放需要提供的电荷量。
电容的电荷量可以表示为Q=CV，其中Q为电荷量，C为电容的大小，V为电压。
当电容负载较大时，电荷量也相应增加，因此运放需要提供更多的电荷。
这会增加运放的输出电流，从而影响运放的性能。
其次考虑电容负载的性质。
电容负载通常表现为一个阻抗，即电容的阻抗Zc=1/jωC，其中j为虚数单位，ω为角频率，C为电容的大小。
当角频率较高时，电容的阻抗较小，运放需要提供更大的输出电流来驱动电容负载。
因此，电容负载的性质也会影响运放的性能。
为了更好地驱动电容负载，设计者通常会采取一些措施。
首先是选择合适的运放。
不同的运放有不同的输出电流能力，因此需要根据电容负载的大小来选择合适的运放。
其次是增加运放的输出级，例如使用输出级为功率放大器的运放。
这样可以增加运放的输出电流能力，从而更好地驱动电容负载。
此外，还可以采取并联电容的方式来减小电容负载的大小，从而降低对运放的要求。
在实际设计中，还需要考虑运放的带宽。
带宽是指运放能够正常工作的频率范围。
当驱动电容负载时，运放的输出电流会受到电容负载的影响而下降，从而导致运放的带宽减小。
因此，在选择运放时，需要考虑运放的带宽是否足够大，以满足电路的要求。
运放电容负载是设计电子电路时需要考虑的重要因素之一。
通过选择合适的运放、增加输出级或并联电容等措施，可以更好地驱动电容负载，保证电路的性能和稳定性。
同时，还需要考虑运放的带宽，以满足电路的要求。
在实际设计中，需要根据具体的应用需求来选择合适的解决方案，以确保电路的性能和可靠性。
运算放大器容性负载驱动问题
说明本文是笔者在工作中遇到的一些疑问，由此查询相关资料整理而书。
相信从事电子电路设计的朋友也会遇到类似或相同的问题，所以借此机会向大家分享这份《CMOS电路应用笔记》，一是希望同行朋友少走弯路，减少不必要的时间浪费，再是希望通过这份笔记认识更多从事电子行业的朋友，共同探讨电子设计的技术问题，联系方式见页眉处。
注：1 如联系，QQ验证请注明“电子电路设计”，发QQ邮件时请注明字母序号，联系方式：1469908375@2 以下是笔者几年来收集整理的电子资料，如果哪位朋友有兴趣可以发E-mail免费索取，索取资料时请注明字母序号：¾ A 40个C51程序源代码（40个项目文件夹，6MB左右）¾ B 电压基准与时间基准详解（1个PDF文件，424KB）¾ C 运算放大器的设计，应用与分析（6个PDF文件，2.22MB）¾ D 模拟与数字的桥梁选型，注意事项及特性分析（3个PDF 文件，1.43MB）¾ E 硬件系统的‘接地’问题及噪声分析（2个PDF文件，401KB）¾ F 半导体测试基础（1个PDF文件，5.22MB）¾G 某知名公司内部培训讲义（1个PDF文件，3.25MB）18 运算放大器容性负载驱动问题问：为什么我要考虑驱动容性负载问题?答：通常这是无法选择的。
在大多数情况下，负载电容并非人为地所加电容。
它常常是人们不希望的一种客观存在，例如一段同轴电缆所表现出的电容效应。
但是在有些情况下，要求对运算放大器的输出端的直流电压进行去耦。
例如，当运放被用作基准电压的倒相或驱动一个动态负载时。
在这种情况下，你也许在运放的输出端直接连接旁路电容。
不论哪种情况，容性负载都要对运放的性能有影响。
问：容性负载如何影响运放的性能?答：为简单起见，可将放大器看成一个振荡器。
每个运放都有一个内部输出电阻RO，当它与容性负载相接时，在运放传递函数上产生一个附加的极点。
运放电容负载
运放电容负载运放电容负载是指在运放电路中，负载电容对运放电路的影响。
负载电容是指连接在运放输出端的电容元件，它对运放电路的稳定性和频率响应有着重要影响。
本文将从负载电容的原理、影响因素和应对策略三个方面进行阐述。
一、负载电容的原理在运放电路中，负载电容扮演着一个非常重要的角色。
它不仅影响着运放电路的频率响应特性，还会影响运放电路的稳定性。
在运放的输出端，负载电容会形成一个高通滤波器，阻隔低频信号的传输。
当输入信号的频率较高时，负载电容会对输入信号进行放大，从而影响运放电路的增益和相位特性。
二、负载电容的影响因素负载电容对运放电路的影响主要取决于两个因素：负载电容的数值和运放的输出阻抗。
首先，负载电容的数值越大，对低频信号的阻隔作用就越强，从而导致运放的增益下降。
其次，运放的输出阻抗越大，负载电容对信号的放大作用就越显著。
三、应对负载电容的策略为了减小负载电容对运放电路的影响，可以采取以下几种策略：1. 选择合适的运放：不同的运放具有不同的输出驱动能力和输出阻抗。
在设计电路时，可以根据实际需求选择输出驱动能力较强的运放，以减小负载电容对电路的影响。
2. 调整运放的增益：通过调整运放的增益，可以在一定程度上减小负载电容对信号的放大作用。
可以根据具体需求，选择适当的增益值，以达到最佳的信号放大效果。
3. 使用运放输出级：在一些特殊情况下，可以使用运放的输出级作为负载，从而减小负载电容对电路的影响。
运放的输出级具有较低的输出阻抗和较强的输出驱动能力，能够有效减小负载电容对运放电路的影响。
4. 优化负载电容的数值：根据实际需求，可以选择合适的负载电容数值，以达到最佳的频率响应特性。
如果需要较高的频率响应特性，可以选择较小的负载电容；如果需要较低的频率响应特性，可以选择较大的负载电容。
负载电容对运放电路的影响是不可忽视的。
在设计运放电路时，需要充分考虑负载电容的影响因素，采取相应的策略来减小其对电路的影响。
18运算放大器容性负载驱动问题详解
18 运算放大器容性负载驱动问题Grayson King,Analog Devices Inc.问：为什么我要考虑驱动容性负载问题?答：通常这是无法选择的。
在大多数情况下，负载电容并非人为地所加电容。
它常常是人们不希望的一种客观存在，例如一段同轴电缆所表现出的电容效应。
但是在有些情况下，要求对运算放大器的输出端的直流电压进行去耦。
例如，当运放被用作基准电压的倒相或驱动一个动态负载时。
在这种情况下，你也许在运放的输出端直接连接旁路电容。
不论哪种情况，容性负载都要对运放的性能有影响。
问：容性负载如何影响运放的性能?答：为简单起见，可将放大器看成一个振荡器。
每个运放都有一个内部输出电阻RO，当它与容性负载相接时，在运放传递函数上产生一个附加的极点。
正如图1(b)波特图幅频特性曲线表示，附加极点的幅频特性斜率比主极点20dB/十倍频程更徒。
从相频特性曲线图1(c)中可以看出，每个附加极点的相移都增加-90°。
我图1 容性负载电路及其波特图们可用图1(b)或图1(c)来判断电路的稳定性。
从图1(b)中可以看出，当开环增益和反馈衰减之和大于1时，电路会不稳定。
同样，在图1(c)中，如果某一工作频率低于闭环带宽，在这个频率下环路相移超过-180°时，运放会出现振荡。
电压反馈型运算放大器(VFA)的闭环带宽等于运放增益带宽积(GBP，或单位增益频率)除以电路闭环增益(A CL )。
运算放大器电路的相位裕度定义为使电路不稳定所要求的闭环带宽处对应的附加相移(即环路相移十相位裕度=-180°)。
当相位裕度为0时，环路相移为-180°，此运放电路不稳定。
通常，当相位裕度小于45°时，会出现问题，例如频响“尖峰”，阶跃响应中的过冲或“振铃”。
为了使相位裕度留有余地，容性负载产生的附加极点至少应比电路的闭环带宽高10倍，如果不是这样电路可能不稳定。
问：那么我应该如何处理容性负载?答：首先我们应该确定运放是否能稳定地驱动自身负载。
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“可恶”的运算放大器电容负载
他们说如果使用放大器驱动电容负载（图 1、C<**>LOAD），一个不错的经验是采用一个50 或100 欧的电阻器(R<**>ISO) 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。
使用50 或100 欧姆(R<**>ISO) 电阻不一定每次都管用。
问题是，“如果C<**>LOAD 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(C<**>LOAD)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f<**>U）
∙放大器的开环输出电阻(R<**>O)
∙电容器负载值(C<**>LOAD)
图 1 中的频率与增益图显示了当R<**>ISO 和C<**>LOAD 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R<**>ISO 值。
下面是确定R<**>ISO 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(t<**>ACQ) 内稳定。
公式
3 中的K 是ADC 时间常数乘法器，其可提供半L** 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
∙f<**>U = 50 MHz
∙R<**>0 = 30 欧姆
∙增益= 1 V/V
∙对于ADS7886
∙t<**>ACQ = 300 ns
∙C<**>IN = 21 pF
∙C<**>LOAD = 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，R<**>ISO => 3.33 欧姆
∙公式2，R<**>ISO => 30.97 欧姆
∙公式3，R<**>ISO ~ 61.96 欧姆
鉴于这三个公式，R<**>ISO 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。