幾天前，John 在測試某個設計的瞬態(tài)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)時，獲得了一個重要發(fā)現(xiàn)：輸出信號的步長對實現(xiàn)準確的結果極其重要。

在當 John 開發(fā)某個設計并需要用運算放大器來緩沖 1μF 的負載時，問題出現(xiàn)了。大部分運算放大器都無法直接驅動非常大的電容性負載，因而他不得不設計一套適合的補償方案。由于不需要輸出大電流，因此 John 在運算放大器輸出與電容器之間插入了一個串聯(lián)的隔離電阻器 (RISO)，用以對電路進行補償，如圖 1 所示。

圖 1

采用 RISO 補償 CLOAD

通過利用 TINA-TI（德州儀器 (TI) 基于 SPICE 的模擬仿真程序），我?guī)椭?John 驗證了該電路的穩(wěn)定性。在經(jīng)過簡單處理后，John 選擇了能達到 45 度相位裕度的 RISO值，然后就可以在工作臺上進行結果測試。

如果您遇到了同樣的問題，那么需要小心。大部分在仿真中測試穩(wěn)定性的高級方法通常在工作臺上并不實用。為了彌補這一問題，需要為會造成運算放大器輸出發(fā)生微小變化的系統(tǒng)輸入一個步長。

針對典型運算放大器系統(tǒng)的結果應出現(xiàn)標準的過沖和振鈴響應，如圖 2 所示。通過測量過沖百分比，您就可利用圖 2 中的表格確定相位裕度。圖中結果顯示了 10mV 步長下的過沖為 20%，相當于 45 度的相位裕度。

圖 2

45 度相位裕度系統(tǒng)的瞬態(tài)響應實例

理論介紹完畢后，我便讓 John 在實驗室中進行過沖百分比的測試。

他回來后告訴我說獲得了一些造成過沖百分比測量失真的“奇怪”現(xiàn)象。他記錄的函數(shù)生成器的最小步長是 100mVpp，并為我展示了圖 3 中的結果。

圖 3

100mV 步長下的瞬態(tài)結果

他獲得的結果顯然與圖 2 中所示的響應不同，而且無法與相位裕度相關聯(lián)。由于步長幅度是唯一的不同之處，因而我告訴他一個竅門，即維持生成器 50Ω 電阻不變，但利用 R1 和 R2 來分離輸入信號，如圖 4 所示。

圖4

采用 50Ω 輸入分離電阻修改電路

圖 5 顯示了 10mV 輸入步長下的測試結果。非常確定的是，上述的奇怪現(xiàn)象已經(jīng)不見了。我們可以利用這些結果對過沖進行測量，并驗證設計已達到大概 45 度的相位裕度。

圖 5

10mV 步長下的瞬態(tài)結果

波形的線性部分及圖 3 中的奇怪尖峰都表明運算放大器存在大信號限制，例如壓擺率或輸出電流限值。當對運算放大器系統(tǒng)執(zhí)行基于過沖百分比的穩(wěn)定性測試時，輸出變化必須非常小，否則運算放大器的大信號限制性就會造成結果失真。

John 從中學到了重要的一課。如果輸出限制在測量過程中改變了步長，那么結果就會出現(xiàn)異常，而且無法與相位裕度相關聯(lián)。

您在下一次測試運算放大器的穩(wěn)定性時，在工作臺上進行過沖百分比測試的過程中需要將輸出變化范圍控制在 10 至 20mV 之間。這樣就能確保輸出小信號。如果結果不連續(xù)或無法使用，則可考慮執(zhí)行交流增益／相位掃描。