3 補償方案

在某些情況下，由于電壓軌調節、模數轉換器的濾波電容或其他電路需求，無法減小運算放大器輸出端的電容器。在這種情況下，如何實現適當的相位裕度？有多種補償方案可以提高相位裕度，但在本文中，我將重點介紹兩種方案，如圖 3 和圖 4 所示：隔離電阻器 (Riso) 和 Riso 雙反饋。在設計這些電路時，可能比較難確定您需要多大的 Riso 值來穩定反饋環路。

圖 3 Riso 補償方案。

圖 4 Riso 雙反饋方案。

Riso 是隔離由負載電容引入的相位滯后的簡單方法。這涉及在反饋環路和負載電容器之間放置一個電阻器。但有一個缺點，即當輸出有負載電流時，直流精度會降低。直流誤差的大小等于隔離電阻器的值乘以輸出電流。

Riso 雙反饋補償方案克服了這種直流誤差。該電路啟用了通過反饋電容器的高頻路徑來穩定反饋環路，并啟用了直流路徑，允許運算放大器補償隔離電阻器上的 I × R 壓降。您可以通過數學方法或仿真方法來求出這些值，方法是嘗試不同的 Riso 值并查看哪個值可以實現穩定運行。

我們嘗試一種使用數學分析和仿真結果的方法。

對放大器環路穩定性進行精確建模涉及的兩個主要因素是開環增益和開環輸出阻抗。TI 的標準運算放大器宏模型 Green-Williams-Lis (GWL) 為 2016 年之后發布的所有運算放大器準確表征了這些參數。許多更受歡迎的運算放大器（例如 LM2904 及其更新版本 LM2904B）也具有為其創建的 GWL 宏模型。SPICE 宏模型的庫文件包含一個頭文件，此文件詳細說明了在 SPICE 模型中準確反映的參數。如果對開環增益和開環輸出阻抗建模，則模型的穩定性很可能會反映器件的性能。

確保 SPICE 模型的精度使您能夠分析電路的環路穩定性，并以數學方式計算 Riso 的理想值。確保 45 度相位裕度的 Riso 值應在反饋環路中的反饋因子 (1/β) 和放大器開環增益交點處產生零點。如需進一步確保這點，在開環增益為 20dB 的位置設置零點，您可以看到反饋環路中由零點引入的最大正相移。

PSpice for TI 的強大功能之一是您可以設置、存檔和共享仿真及公式以供后續原理圖使用。由于 Riso 和 Riso 雙反饋的評估是公式化的且易于重復，因此您可以利用這些模板工程，而無需記住在四種常見運算放大器電路上計算 Riso 或 Riso 雙反饋電路的 Rf/Cf 的公式。只需下載 PSpice for TI 工程，放入您要分析的運算放大器，輸入用于完成需要穩定的特定電路的參數，然后運行仿真以找到您所需的適當 Riso 值。這些工程還可以補償因反相端子上的電容而不穩定或具有極大反饋電阻的電路。