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「博闻焦点」电容对运算放大器有哪些危害？


在设计运算放大器时 ， 是不可能不含输入电容的 ， 而运算放大器的印刷电路板上就包含更多了（图 1） 。 除了反馈电容器CF ， 其他所有电容都是杂散电容 ， 它们会影响电路的稳定性 。例如 ， 如果人为将这些电容设置为零 ， 则可以用公式 1 求得环路增益 。 运算放大器的开环增益 a 包含幅度和相位成分 ， 因此波特（对数稳定性）图中会产生相移 。 波特图上的临界点是增益幅度等于零（增益=1）的点；180°与实际相移之间的差是相位裕量 。
外部元件是电阻性的；令 RG=RF ， 可以使环路增益降低 6dB 。 这可以进一步增强稳定性 ， 并使波特图上的纵截距下降 6dB ， 而极点位置保持不变 。 公式 2 给出了具有实际输入电容（CF = 0）的反相放大器的环路增益 ， 如图 1 所示 。
「博闻焦点」电容对运算放大器有哪些危害？
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【「博闻焦点」电容对运算放大器有哪些危害？】
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该输入电容向环路增益增加了一个极点 ， 并且当 RG 和 RF 的并联值较小时 ， 例如 500Ω ， 极点位置位于 f = 16.76 MHz 处 。 该极点在其位置频率的十分之一处引起的相移基本为零 ， 因此输入电容不会影响增益带宽小于 1.676 MHz 的运算放大器 。 当运算放大器的增益带宽超过 1.676 MHz 时 ， 该极点引起的相移会增加至环路增益相移 ， 并且运算放大器会产生过冲、振铃、随后振荡 ， 这取决于其相位响应 。
增加 RG 和 RF 的并联值会导致极点频率降低（RF || RG = 5kΩ时 ， f = 0.1676 MHz） 。 因此 ， 相移发生得越快 ， 不稳定性问题就越严重 。 传统的解决办法是 ， 使高频运算放大器电路中的电阻较小 ， 以最大程度地减小杂散输入电容的影响 。 解决输入电容问题的另一种方案是增加一个反馈电容 CF 。 当电路中有输入和反馈电容时 ， 由公式 3 可以计算出其环路增益 。
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公式 3 中的零点始终先于极点； 因此 ， 它的相移抵消了一部分负相移 ， 直到极点起作用 。 通过使 RFCF = RGCG ， 电路就可以独立于两个电容器 。 这种方法对闭环带宽性能而言通常并不是最佳选择 ， 因此工程师选择使用较小的 CF 值 。 通过优化电阻值、电容值和运算放大器带宽可以获得最佳的高频性能 ， 但在实验室 ， 2CF = CG 是一个极好的起点 。
反相运放和同相运放的稳定性是一样的 ， 因为稳定性与输入无关 。 反相运算放大器的工作很像理论预测 ， 但是同相运算放大器的抗共模能力较低 ， 因为一部分输入信号通过差分电容器（CD）馈入反相节点 。 抗共模性能的下降仅在高频时才明显 。


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