運(yùn)算放大器： 單位增益穩(wěn)定放大器和非完全補(bǔ)償放大器

大家公認(rèn)的事實(shí)是單位增益穩(wěn)定放大器比非完全補(bǔ)償放大器更流行，且取得了壓倒性的優(yōu)勢(shì)。這說(shuō)明什么呢?

單位增益穩(wěn)定放大器(一般稱為UGS)通常在增益配置為1時(shí)是穩(wěn)定的，它將輸出信號(hào)完全反饋到運(yùn)放的反向輸入端。但是，將運(yùn)放增益設(shè)置為1的時(shí)候當(dāng)做穩(wěn)定性最差的情況是不正確的，我們把這種情況看做是常見(jiàn)的惡劣條件才比較合理。

非完全補(bǔ)償放大器有更小的補(bǔ)償電容，所以獲得了更大的增益帶寬和更高的壓擺率。盡管更高的速度通常需要更多功耗，在相同的電流下工作時(shí)，非完全補(bǔ)償放大器能夠達(dá)到更高的速度，但這必須是在噪聲增益遠(yuǎn)大于1，而不是單位增益的情況下。我的同事Soufiane最近寫(xiě)了一些關(guān)于非完全補(bǔ)償放大器的文章，但是我還有其他一些觀點(diǎn)。

圖1畫(huà)出了理想的UGS和非完全補(bǔ)償放大器的增益和頻率響應(yīng)曲線的關(guān)鍵部分。非完全補(bǔ)償放大器的增益帶寬積是10MH z，UGS的增益帶寬積2MHz，非完全補(bǔ)償放大器的增益帶寬積是UGS的5倍，壓擺率也比UGS高。通常情況下，UGS的單位增益帶寬略小于它的增益帶寬積。非完全補(bǔ)償放大器的單位增益帶寬是它的增益帶寬積的一半。我們不能使這些運(yùn)放的噪聲增益接近單位增益帶寬，因?yàn)樵?MHz的第二個(gè)極點(diǎn)會(huì)極大地影響這個(gè)區(qū)域的增益或者相位，相位裕量將會(huì)相當(dāng)小或者為零。

非完全補(bǔ)償放大器好像有一些神秘，使得一些用戶不知道他們的電路是否穩(wěn)定。

圖2a顯示了一個(gè)普遍的錯(cuò)誤。盡管這個(gè)運(yùn)放的增益為-10，但是反饋回路上的一個(gè)電容使得高頻部分的頻率響應(yīng)曲線變得不平坦。在穩(wěn)定性涉及到單位增益的高頻部分，這個(gè)電容可以視為短路。使用一個(gè)較小的電容來(lái)補(bǔ)償反饋網(wǎng)絡(luò)以獲得平坦的響應(yīng)曲線是可取的，但是一個(gè)大電容會(huì)造成曲線不平坦，這肯定會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。

同樣地，圖2b中的并聯(lián)反饋濾波器帶來(lái)了一些問(wèn)題，犧牲了濾波器的部分低頻增益。圖2c中的積分器也是另一種不恰當(dāng)?shù)姆峭耆a(bǔ)償放大器的應(yīng)用。

我們已經(jīng)提升了運(yùn)放的設(shè)計(jì)能力?，F(xiàn)在我們變得更聰明且擁有更好的IC設(shè)計(jì)流程。我們現(xiàn)在可制造功耗只有幾百微安的運(yùn)放，而在過(guò)去需要幾十毫安。所以，現(xiàn)代的UGS在速度和功耗上能夠更加接近，甚至優(yōu)于過(guò)去的非完全補(bǔ)償放大器。盡管如此，非完全補(bǔ)償型放大器在一些要求更高的應(yīng)用場(chǎng)合可能會(huì)是一個(gè)更好的方案。

我并不是完全鼓勵(lì)選擇非完全補(bǔ)償放大器而不是UGS。這兩種運(yùn)放都有他們各自的優(yōu)劣，你應(yīng)該根據(jù)你的實(shí)際設(shè)計(jì)來(lái)做選擇。無(wú)論你選擇哪種運(yùn)放，你應(yīng)該清楚地理解它們之間的差異和存在的問(wèn)題。

下面是一些非完全補(bǔ)償放大器和UGS的對(duì)比：

OPA228(OPA227UGS版本)精密，低噪聲BJT運(yùn)放

OPA637(OPA627UGS版本)精密，高速JFET運(yùn)放

OPA345(OPA344UGS版本)軌對(duì)軌CMOS運(yùn)放

LMP7717(LMP7715UGS版本)88MHz CMOS運(yùn)放