作者：John Caldwell
在這個(gè)包含三篇文章的博客系列中，我介紹了如何為您的互阻抗放大器電路選擇具有足夠帶寬的運(yùn)算放大器。
閱讀第 1 部分了解相關(guān)內(nèi)容。在第 2 部分中，我不僅創(chuàng)建了一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例（使用該過程選擇可滿足這些電路需求的運(yùn)算放大器），而且還確定了所需的運(yùn)算放大器帶寬是 5.26MHz。
表 1：互阻抗放大器的實(shí)例性能要求
現(xiàn)在，我們將對比兩個(gè)運(yùn)算放大器：一個(gè)符合要求，另一個(gè)不符合。
表 2：設(shè)計(jì)實(shí)例中兩個(gè)運(yùn)算放大器的增益帶寬積對比
相位裕度對比
相位裕度是一個(gè)穩(wěn)定性指標(biāo)，可在環(huán)路增益等于 0dB 的位置將放大器環(huán)路增益 (AOL * β) 相位與 180 度相比。0 度相位裕度表明負(fù)反饋已經(jīng)變成正反饋，說明系統(tǒng)不穩(wěn)定。相位裕度可使用第 2 部分（圖 1）的電路進(jìn)行測量，其可中斷反饋環(huán)路。在 AOL * β 電壓幅值等于 0dB 的頻率位置可測量 AOL * β 電壓的相位（Vout 探針）。
圖 1：用于評估相位裕度的 TINA-TI? 仿真原理圖
圖 2 是在 Tina-TI 中使用 OPA316 得到的 ac 傳輸特征仿真結(jié)果。從游標(biāo)位置我們可以看到在 232.455 kHz 下 AOL * β = 0dB 時(shí)，相位裕度為 66.66 度。
圖 2：用于確定相位裕度的環(huán)路增益波特圖
重復(fù) OPA313 的這一分析可得到 31.65 度的相位裕度。從技術(shù)上講，該部分在這一相位裕度下是穩(wěn)定的，但它不會(huì)被視為穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。如果生產(chǎn)了大量這樣的電路，有一些可能會(huì)因運(yùn)算放大器技術(shù)參數(shù)的容差問題而不穩(wěn)定。
階躍響應(yīng)對比
降低的相位裕度還會(huì)產(chǎn)生其它影響。例如，它可導(dǎo)致電路階躍響應(yīng)中的過沖和振鈴問題。為說明這種影響，我使用瞬態(tài)仿真在電路輸入端應(yīng)用了 1uA 電流階躍 (IG1)，并測量了趨穩(wěn)到 0.1% 理想值所需的時(shí)間。
圖 3：將 1uA 電流階躍應(yīng)用到輸入端，以仿真階躍響應(yīng)
OPA316 的階躍響應(yīng)不僅表現(xiàn)出最低的過沖，而且還在 13μs 內(nèi)趨穩(wěn)至 0.1%。相反，OPA313 則在響應(yīng)過程中表現(xiàn)出顯著的過沖和振鈴，需要 75μs 才能趨穩(wěn)到 0.1%。
圖 4：用于 1uA 輸入電流階躍（綠）的 OPA316（藍(lán)）和 OPA313（紅）的階躍響應(yīng)
幅值響應(yīng)對比
最后，降低的相位裕度會(huì)引起電路傳輸函數(shù)峰值。圖 5 是兩個(gè)運(yùn)算放大器的幅值響應(yīng)。OPA313 的傳輸函數(shù)出現(xiàn)了 5dB 的增益峰值，這可能是無法接受的。更糟的是，使用 OPA313 時(shí)的 -3dB 位置是 78.47kHz。
圖 5：使用 OPA313（紅）和 OPA316（藍(lán)）構(gòu)建的互阻抗放大器的頻率響應(yīng)對比
另一方面，OPA316 的傳輸函數(shù)不僅沒有出現(xiàn)峰值，而且 -3dB 位置為 134.41kHz。
結(jié)論
對比計(jì)分板顯示：OPA316 更符合我們的設(shè)計(jì)要求：
但這并不奇怪！我們的這 3 個(gè)步驟得到了 5.26MHz 的最小增益帶寬要求。如果低于該值，電路穩(wěn)定性、趨穩(wěn)時(shí)間與帶寬都會(huì)受到影響。希望本系列文章所介紹的這 3 個(gè)步驟將有助于您為您的互阻抗放大器快速選擇合適的運(yùn)算放大器，或者至少能幫忙將TI 1375 種選項(xiàng)縮小到一定的范圍！
原文請參見: http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archive/2014/05/08/part-iii-what-op-amp-bandwidth-do-i-need-transimpedance-amplifiers.aspx
