运算放大器 开环输出阻抗
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:1451
| 在写“保持容性负载稳定的六种方法”部分时发生了一件有趣的事情。我们选择了具有“轨至轨”输出的cmos运算放大器并测量了rout，但在高频区域没有环路增益，因而无法确定ro。根据ro测量结果，我们预测了在1μf容性负载情况下放大器“aol修正曲线图”中第二个极点的位置。令我们大吃一惊的是，tinaspice仿真在“aol修正”曲线图进行x5处理时关闭了！基于先前的第一轮分析结果，这个错误完全超出了可以接受的限度，因而我们对放大器输出阻抗进行了仔细研究。
本部分将针对两种最常用于小信号放大器的输出拓扑重点讨论放大器的开环输出阻抗zo。对于传统的双极性射极跟随器(bipolaremitter-follower)而言，放大器输出级zo性能良好，并且在整个放大器的单位增益带宽范围内主要呈现为阻性(ro)。然而，对于许多cmos轨至轨输出放大器而言，在该放大器的单位增益带宽范围内，zo同时呈现容性和阻性。 本文并不针对“全npn输出”的双极性技术(bipolartopology)进行分析，其最常用于功率运算放大器，一种能够提供从50ma至超过10a电流的、在线性区域工作的放大器。 具备丰富的输出阻抗知识非常重要，将有助于正确预测“aol修正图”，同时也是网络综合技术中用于稳定放大器电路的基本工具。 双极性射极跟随器输出放大器的zo 图7.1显示了射极跟随器拓扑的典型双极性输出级。在此类型的输出级中，ro（小信号、开环输出电阻）通常是zo（小信号、开环输出阻抗）的主要组成部分。对于既定的dc电流负载，ro一般为常数。我们先分析一些射极跟随器ro的经验法则，然后借助这些法则来预测不同dc输出电流值对应的ro。我们最后将用tinaspice仿真程序来检验预测值是否正确。 图7.2显示了典型射极跟随器、双极性输出放大器的参数。当输入偏置电流为na级（如10na）时，采用这种拓扑的器件能够实现极低的噪声与偏移输入参数等优异特性。某些双极性放大器在输入级中采用jfet使输入偏置电流降低至很低的pa级。该常用模式的输入级范围一般是两个电源均为2v左右。输出电压摆幅通常被限制在任一电源轨电压的2v范围内或稍高，采用双电源（如+/-5v～+/-15v）的放大器通常可获得最佳性能。 高级射极跟随器、双极性放大器的简化模型采用两个gm（电流增益）级，其后跟随了一个晶体管电压输出器输出级，如图7.3所示。开环输出阻抗zo主要由ro决定，对于该放大器的单位增益带宽而言是常数。 对于大多数放大器而言，放大器输出端空载时，输出级的ab类偏置电流约为整个放大器静态电流的?。双极晶体管的ro与1/gm成正比，其中gm为晶体管的电流传输比(currenttransferratio)或电流增益。由于gm与集电极电流ic成正比，因而ro与ic成反比。当ic从空载输出电流向满负载输出电流增加时，ro将会降低。这可能会使人有这样的推测，即当输入电流高到一定极限时ro将为零。然而，由于晶体管的物理特性、内部驱动以及偏置排列(biasarrangement)等原因，上述推测不成立。我们将测量最高可用负载电流下的ro值，并把它定义为rx。然后测量空载电流下的ro值，并得出给定放大器电路的常数kz，该常数可用于预测任何负载电流下的ro变化情况。从图7.4中，我们可清楚了解，如何用射极跟随器的输出项描述从前端gm级到放大器输出引脚之间的路径。 图7.5详细描述了常数为rx的射极跟随器zo模型，测量环境为：满负载电流、传输函数为kz/ic的串联式电流控制电阻器。由于器件具有推（pnp晶体管）和拉（npn晶体管）输出级，所以zo模型包括每个输出级的等价ro模型。回馈至输出引脚的有效小信号ac输出阻抗等于推输出级与拉输出级阻抗的并联组合。对于zo小信号ac模型而言，vcc及vee两个电源均对ac短路。 并不是放大器的所有s
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