圖1 電阻型放大器

在電阻型放大電路中，如PGA,LDO等，常常會(huì)出現(xiàn)如下穩(wěn)定性問題：單獨(dú)仿真的穩(wěn)定性很好的運(yùn)放接入電阻反饋網(wǎng)絡(luò)后環(huán)路穩(wěn)定性變差很多。

如圖1所示，這是因?yàn)閷⑦\(yùn)放接為環(huán)路后，運(yùn)放輸入端的寄生電容Cpar也出現(xiàn)在環(huán)路中。我們在單仿真運(yùn)放考慮穩(wěn)定性時(shí)，假設(shè)電阻反饋網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)簡單的比例系數(shù)，是頻率無關(guān)的，因此只考慮運(yùn)放的零極點(diǎn)對穩(wěn)定性的影響。而實(shí)際客觀存在的Cpar使得電阻反饋網(wǎng)絡(luò)變得頻率相關(guān)，會(huì)引入額外的極點(diǎn)，因此可能惡化環(huán)路的穩(wěn)定性。

筆者在閱讀論文和借鑒別人設(shè)計(jì)的電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)他們常常會(huì)在圖1中反饋電阻R2上并聯(lián)一個(gè)電容C1來提高穩(wěn)定性，而通過仿真發(fā)現(xiàn)這樣確實(shí)是很有效的。為了避免做Spice Monkey，本文對這個(gè)方法的原理進(jìn)行簡單的分析。

圖2 理想，考慮運(yùn)放輸入寄生電容，并聯(lián)電容提高穩(wěn)定性三種情況下的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)

如圖2所示，在理想情況下，即不考慮運(yùn)放輸入寄生電容時(shí)，如圖2(1)，電阻反饋網(wǎng)絡(luò)的頻響為式(1)：

此時(shí)電阻反饋網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)僅為一個(gè)簡單的比例系數(shù)，不存在零極點(diǎn)。

考慮實(shí)際情況下運(yùn)放輸入端的寄生電容Cpar后，如圖2(2)，電阻反饋網(wǎng)絡(luò)的頻響為式(2)：

此時(shí)電阻反饋網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)和頻率相關(guān)，且引入一個(gè)極點(diǎn)表示為式(3):

該極點(diǎn)是因?yàn)樵赩in處同時(shí)存在電阻和電容，同時(shí)其值也符合Vin處總電容和總電阻之積的速算方法。引入該極點(diǎn)后，整個(gè)反饋系統(tǒng)多了一個(gè)額外的極點(diǎn)，因此可能存在穩(wěn)定性惡化的問題。

給R2并聯(lián)電容C1后，如圖2(3)，電阻反饋網(wǎng)絡(luò)的頻響為式(4)：

此時(shí)極點(diǎn)變?yōu)槭?5):

同時(shí)還多了一個(gè)零點(diǎn)，表示為式(6)：

零點(diǎn)的出現(xiàn)是因?yàn)閺腣out至Vin出現(xiàn)了兩條通路—R2通路和C1通路。

并聯(lián)電容C1后，系統(tǒng)中額外的極點(diǎn)仍然存在(雖然數(shù)值發(fā)生了變化)，但是額外引入了一個(gè)零點(diǎn)。通過合理地設(shè)計(jì)，可以通過這個(gè)零點(diǎn)補(bǔ)償運(yùn)放輸入寄生電容引入的極點(diǎn)帶來的相位變化，防止反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性的惡化。

綜上，本文簡單分析了電阻型放大電路中并聯(lián)電容提高穩(wěn)定性的原理，希望讀者多多指正。