本文我們將介紹使用推薦測(cè)試電路時(shí)所涉及的補(bǔ)償問(wèn)題。如果測(cè)試電路中的環(huán)路不穩(wěn)定，那它就沒(méi)有用。在測(cè)試過(guò)程中要一直監(jiān)控被測(cè)試器件測(cè)試環(huán)路的輸出。如果環(huán)路發(fā)生振蕩，而您不知道，您可能會(huì)報(bào)告不好的結(jié)果。更糟糕的是，您可能很晚才發(fā)現(xiàn)，而此時(shí)糾正該問(wèn)題已經(jīng)更難了。

　　自測(cè)試補(bǔ)償

　　使用大型電阻器測(cè)試 時(shí)，需要為每個(gè) Ib 電阻器布置一個(gè)小電容器，以保持環(huán)路穩(wěn)定（請(qǐng)參考之前的文章）。添加該電容器可降低電阻器噪聲，但要注意在測(cè)量之前要完全充電電容器。

　　雙放大器環(huán)路補(bǔ)償

　　有幾款運(yùn)算放大器適合環(huán)路放大器，它們包括 OPA445、OPA454、OPA551 和 OPA627BP，但其它類似器件也沒(méi)問(wèn)題。表 1 針對(duì)該目的使用的任何放大器列出了重要的特性參數(shù)：

　　表1.第 1 類及第 2 類補(bǔ)償所需的放大器特性。

　　如果失調(diào)電壓時(shí)間增益會(huì)導(dǎo)致環(huán)路放大器輸出進(jìn)入電軌，您可能需要一款電源大于被測(cè)試器件電源的環(huán)路放大器。這種情況下可能需要對(duì)被測(cè)試器件的最終性能進(jìn)行微調(diào)。例如，如果最初未微調(diào)的失調(diào)電壓是 20mV，那么環(huán)路放大器就需要能夠支持 20V 擺動(dòng)。這種問(wèn)題在測(cè)量 時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。

　　指零放大器的輸入共模范圍是重要的考慮因素。將環(huán)路放大器的電源與共模范圍進(jìn)行部分結(jié)合，必須有助于實(shí)現(xiàn)被測(cè)試器件的軌至軌輸出。您可以通過(guò)偏移被測(cè)試器件的電源來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在環(huán)路放大器中獲得額外的共模范圍非常便捷。

　　一旦選擇環(huán)路放大器，您就需要獲取環(huán)路放大器和被測(cè)試器件的波特圖。圖 4 是 OPA551 和 OPA227 的波特圖。這些波特圖都是來(lái)自產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的典型曲線。我們將 OPA551 作為環(huán)路放大器，將 OPA227 作為被測(cè)試器件，如圖 4 中的實(shí)例所示。

　　從圖 4 中的波特圖可以看到，OPA551 的增益帶寬 （GBW） 是 3MHz，OPA227 的增益帶寬是 8MHz。OPA551 的 DC 增益大約為 125dB，OPA227 的 DC 增益大約是 160dB。

　　第 1 類補(bǔ)償法

　　有了環(huán)路放大器和被測(cè)試放大器的波特圖，您可以繪制出代表測(cè)試環(huán)路的波特圖。可使用對(duì)數(shù)標(biāo)尺方格紙手工繪制波特圖來(lái)確定補(bǔ)償電容器值，這種方法固然可靠，不過(guò)使用電子數(shù)據(jù)表會(huì)使該任務(wù)得到大幅簡(jiǎn)化。一旦設(shè)定好了電子數(shù)據(jù)表，再為任何新部件確定補(bǔ)償值都會(huì)很輕松。

　　第 1 類補(bǔ)償需要用到幾個(gè)公式。被測(cè)試器件使用公式 1：

　　公式 1 應(yīng)該創(chuàng)建一個(gè)與被測(cè)試器件產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中開(kāi)環(huán)增益曲線匹配的曲線。您可通過(guò)調(diào)整 3dB 點(diǎn)來(lái)確定曲線，獲得正確的帶寬。

　　在雙放大器環(huán)路中，被測(cè)試器件的輸出可作為輸入連接至環(huán)路放大器。因此，這些運(yùn)算放大器可進(jìn)行級(jí)聯(lián)。增益是兩個(gè)放大器增益的乘積。以分貝為單位時(shí)，增益乘積就是求和。由于我們以分貝為單位，因此應(yīng)將公式 1 和公式 3 相加得到兩個(gè)放大器的總和。

　　在Excel表格中應(yīng)為：=B10+C10

　　圖 6 中的電路可仿真第 1 類環(huán)路響應(yīng)。

　　我們分別針對(duì) C1=2.2nF、7.7nF 和 22nF 運(yùn)行了瞬態(tài)仿真。環(huán)路控制輸入從 0V 變成了 10V，就像測(cè)量運(yùn)算放大器 Aol 時(shí)的情況一樣。圖 7 是所得的輸出波形。三種情況環(huán)路都很穩(wěn)定，但小于 7.7nF 時(shí)有明顯的振鈴。因此，環(huán)路為欠阻尼。電容器值高于 7.7nF 時(shí)，環(huán)路為過(guò)阻尼狀態(tài)。電容器為 22nF 時(shí)，環(huán)路在 1.0ms 內(nèi)還未趨穩(wěn)。它最終還是會(huì)趨穩(wěn)，但會(huì)消耗更多的測(cè)試時(shí)間。

　　第 2 類補(bǔ)償法

　　對(duì)于第 2 類補(bǔ)償，我們需要繪制出被測(cè)試器件和環(huán)路放大器的波特圖。公式 4 至 5 相同，但一個(gè)代表被測(cè)試器件，另一個(gè)代表環(huán)路放大器。

　　接下來(lái)繪制這兩條增益曲線的總和圖。

　　最后，使用公式 6 繪制反饋網(wǎng)絡(luò)的曲線

　　在 Excel 表格中應(yīng)為：=20*LOG10（$B$7/（SQRT（1+（$A10/$B$6）^2））），其中 $B$7 是環(huán)路放大器的 DC 增益，$A10 是頻率，而 $B$6 則是環(huán)路放大器的 3dB 衰減頻率。

　　接下來(lái)繪制這兩條增益曲線的總和圖。

　　最后，使用公式 6 繪制反饋網(wǎng)絡(luò)的曲線：

　　圖 8 是所得到的曲線。

　　圖 9 是不同補(bǔ)償電容器對(duì)環(huán)路趨穩(wěn)時(shí)間的影響。選擇用于提供 30dB 交點(diǎn)頻率的電容器，可獲得臨界阻尼響應(yīng)。

　　現(xiàn)在我們可以比較兩類補(bǔ)償?shù)沫h(huán)路響應(yīng)。當(dāng)是臨界阻尼時(shí)，第 2 類補(bǔ)償可使電路在大約 27μs 內(nèi)趨穩(wěn)。這就意味著它的趨穩(wěn)時(shí)間是 17μs，因?yàn)閳D 9 中環(huán)路控制在 10μs 時(shí)被改變。第 1 類補(bǔ)償直到大約 450μs 時(shí)才穩(wěn)定。第 2 類補(bǔ)償趨穩(wěn)時(shí)間要快 26 倍。即使第 2 類補(bǔ)償是欠阻尼和過(guò)阻尼狀態(tài)，趨穩(wěn)速度也比使用第 1 類補(bǔ)償快。

　　最后，在使用大型電阻器測(cè)量輸入偏置電流時(shí)，大電阻與被測(cè)試器件輸入電容的相互作用，會(huì)導(dǎo)致足夠的相移使環(huán)路不穩(wěn)定。輸入偏置電流的測(cè)試電路可顯示大型電阻器的電容器。正確值通常必須通過(guò)試驗(yàn)確定。別忘了在測(cè)量之前必須完全充電電容器。在測(cè)試進(jìn)行過(guò)程中使用示波器監(jiān)控測(cè)試環(huán)路，可確保所有測(cè)量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

　　用來(lái)選擇 的數(shù)學(xué)方法

　　您可計(jì)算理想的 值，而不是使用波特圖或 SPICE 仿真。圖 10 是每種補(bǔ)償類型的電容器 布置位置。

　　如果仍然有振蕩，該怎么辦？

　　即便進(jìn)行了適當(dāng)補(bǔ)償，兩個(gè)放大器環(huán)路仍然可能會(huì)有振蕩，特別是在測(cè)試 時(shí)。這就是第 3 部分所介紹拓?fù)涞膶?shí)用性所在。這樣，在雙放大器環(huán)路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，您可使用自測(cè)試環(huán)路。而且，可使用兩種不同的方法測(cè)試，其可用來(lái)驗(yàn)證測(cè)試功能。在不發(fā)生振蕩并有足夠趨穩(wěn)時(shí)間的情況下，兩種環(huán)路應(yīng)該得到相同的結(jié)果。盡管可能似乎有些多余，但仍然有必要再次提醒一下：在測(cè)試過(guò)程中必須一直使用示波器監(jiān)控測(cè)試。

　　開(kāi)發(fā)運(yùn)算放大器測(cè)試方案時(shí)，電路板布局非常重要。在我們的一種最初探測(cè)解決方案中，有一條跡線從被測(cè)試器件的輸出引入到了被測(cè)試器件輸入引腳的底部。該寄生電容創(chuàng)建了一個(gè)正向反饋回路，導(dǎo)致環(huán)路發(fā)生了振蕩。圖 11 顯示了該布局錯(cuò)誤。這個(gè)問(wèn)題花了很長(zhǎng)時(shí)間才找到。解決辦法是切斷電路板內(nèi)層上這條松動(dòng)的跡線，然后在圍繞該問(wèn)題連接一根藍(lán)色跳線。因此，在審核印刷電路板 （PCB） 布局時(shí)，應(yīng)多加小心，特別是在使用自動(dòng)布線功能時(shí)。

　　結(jié)論

　　對(duì)于測(cè)試各種 DC 運(yùn)算放大器而言，這些測(cè)試方法和電路都非常有用。自測(cè)試與雙放大器環(huán)路相結(jié)合，可為解決煩人的振蕩問(wèn)題帶來(lái)極大優(yōu)勢(shì)。記住，趨穩(wěn)時(shí)間非常重要，因?yàn)闇y(cè)試時(shí)間很寶貴。還得強(qiáng)調(diào)一下，在開(kāi)發(fā)測(cè)試解決方案時(shí)要一直使用示波器。開(kāi)發(fā)時(shí)，得將示波器連接在測(cè)試電路上，這樣可保無(wú)憂。