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博文連載：看一個(gè)TI老工程師如何馴服精密放大器 每個(gè)人都知道運(yùn)放應(yīng)該使用靠近運(yùn)放供電管腳的退耦電容，對(duì)嗎？但為什么要使用這個(gè)退耦電容呢？舉個(gè)例子，如果沒有合適的退耦，運(yùn)放會(huì)更容易產(chǎn)生振蕩。了解使用退耦電容的原因能夠增加你對(duì)這個(gè)問題的理解和認(rèn)知。 電源抑制比是運(yùn)放抑制供電發(fā)生變化的能力。如圖1所示，在低頻段，運(yùn)放的電源抑制比是非常高的，但是隨著頻率的增加，電源抑制比會(huì)減小。在高頻段，較小的電源抑制比可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放振蕩。 
我們經(jīng)常認(rèn)為，外部的供電噪聲會(huì)影響運(yùn)放。但是，運(yùn)放自身會(huì)產(chǎn)生一些問題。例如，負(fù)載電流來源于運(yùn)放的供電。如果沒有合適的退耦，運(yùn)放的供電端的阻抗就會(huì)非常大。這會(huì)導(dǎo)致負(fù)載的AC電流在供電端產(chǎn)生一個(gè)AC電壓，從而構(gòu)成了一條無意的，不可控的反饋回路。供電端的電感能夠放大該AC電壓。在高頻段，運(yùn)放的電源抑制比比較低，這條無意的反饋回路能夠引起振蕩。 當(dāng)然，運(yùn)放內(nèi)部電路也會(huì)帶來一些影響。如果沒有一個(gè)穩(wěn)定的供電，內(nèi)部電路的節(jié)點(diǎn)之間也可能會(huì)產(chǎn)生反饋回路。內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)是為了使運(yùn)放工作得更穩(wěn)定，供電端有較低的電阻。如果沒有穩(wěn)定的低阻抗的電源供電，運(yùn)放的工作可能變得特別異常且不可預(yù)測(cè)。 給運(yùn)放的輸入端加一個(gè)干凈的正弦波，較差的退耦產(chǎn)生的反饋回路上可能是一個(gè)失真的正弦波。如圖2 所示，在供電端的信號(hào)電流經(jīng)常是失真的，因?yàn)樗鼉H僅是正弦信號(hào)的一半。如果正端供電和負(fù)端供電的電源抑制比不相同，也會(huì)使輸出波形失真。
如果負(fù)載電流很大，該問題會(huì)變得更加嚴(yán)重。電抗性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生相位，使負(fù)載電流產(chǎn)生相移，這可能會(huì)加劇這個(gè)問題。容性負(fù)載在反饋回路上會(huì)產(chǎn)生額外的相移，很有可能會(huì)產(chǎn)生振蕩。為了消除這些問題，我們需要較大容值的鉭電容作為退耦電容，并且需要特別注意該電容的布局，應(yīng)直接連接在供電引腳上，且越近越好。 當(dāng)然，并不是所有的低質(zhì)量的退耦都會(huì)使運(yùn)放產(chǎn)生振蕩。如果沒有足夠的正向反饋，或者相移并不是很大，并不會(huì)使運(yùn)放振蕩。但是，運(yùn)放的性能會(huì)大大下降。較大的過沖，較長(zhǎng)的建立時(shí)間會(huì)影響頻率響應(yīng)和脈沖響應(yīng)。 在以前的博客中曾經(jīng)討論過，TINA或者其它的SPICE仿真工具不能很好地仿真出這些現(xiàn)象。SPICE中的電壓源是相當(dāng)穩(wěn)定的，不會(huì)隨著負(fù)載電流而產(chǎn)生變化。要想仿真出實(shí)際的供電阻抗非常難，并且結(jié)果是不準(zhǔn)確的。電源抑制比的值用我們最好的模型macro來仿真，但是，反饋回路上的相位關(guān)系不可能完全準(zhǔn)確。一般情況下，仿真是很有用的，但并不能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出上述現(xiàn)象。 你不應(yīng)該成為一個(gè)偏執(zhí)狂------沒有必要對(duì)退耦太過要求。對(duì)一些特別敏感的情況和潛在的問題提高警惕就可以了。適當(dāng)?shù)睦斫夂驼J(rèn)知會(huì)使模擬設(shè)計(jì)變得更好。 |
