运算放大器测试基础第4部分：测试运算放大器的电路环路稳定性

在前几篇文章中，我们介绍了一些基本测试技术以及设计和测试运算放大器时会出现的误差源。我们建议您在根据最后这篇文章介绍的测试电路知识及使用进行任何设想之前，先阅读一下之前的几篇文章。

本文我们将介绍使用推荐测试电路时所涉及的补偿问题。如果测试电路中的环路不稳定，那它就没有用。在测试过程中要一直监控被测试器件测试环路的输出。如果环路发生振荡，而您不知道，您可能会报告不好的结果。更糟糕的是，您可能很晚才发现，而此时纠正该问题已经更难了。

自测试补偿
以最简单的形式看，图 1 中的自测试电路实际上是一款增益为 1201 的闭环系统。如果将 R1 减小至 5kW，闭环增益就是 301。因此，它具有固有的稳定性，即使采用未经补偿、不具有单位增益稳定性的运算放大器也是如此。不过，当我们修改环路用于进行 IB 测试时，该电路会变得不稳定。因此，在配置被测试器件进行 IB 测试时应谨慎行事。您可通过在图 1 中的电阻器 RF 周围添加一个补偿电容器 (CCOMP) 来实现稳定性。

 

 

图 1.自测试环路电路，用来测试被测试放大器随频率变化的增益。

 

使用大型电阻器测试 IB 时，需要为每个 Ib 电阻器布置一个小电容器，以保持环路稳定（请参考之前的文章）。添加该电容器可降低电阻器噪声，但要注意在测量之前要完全充电电容器。

双放大器环路补偿
有两种方法可以补偿双放大器环路。Don Lewis 在他的一篇文章中将这两种方法描述为第 1 类及第 2 类补偿（参考资料 1）。图 2 是第 1 类测试电路的拓扑，它被认为是一种保守的双放大器环路补偿方案。正确选择 R1 和 CCOMP 将补偿环路。

 

 

图 2.环路放大器的电容器 CCOMP 可提供第 1 类补偿。

 

 

图 3 是第 2 类测试电路拓扑。同样，正确选择 CCOMP 将补偿环路。

 

 

 

 

图 3.反馈电阻器 RF 的电容器 CCOMP 可提供第 2 类补偿。

 

 

有几款运算放大器适合环路放大器，它们包括 OPA445、OPA454、OPA551 和 OPA627BP，但其它类似器件也没问题。表 1 针对该目的使用的任何放大器列出了重要的特性参数：

表1.第 1 类及第 2 类补偿所需的放大器特性。

放大器

 

VIO*

 

Vsupply

 

输出摆幅

 

共模范围

 

OPA445BM

 

+/-3mV

 

+/-40V

 

(V-) +5；(V+) - 5

 

(V-) + 5V 至 (V+) - 5V

 

OPA454

 

+/-4 mV

 

+/-50 V

 

(V-) + 1；(V+) - 1

 

(V-) + 2.5V 至 (V+) - 2.5V

 

OPA551

 

+/-3 mV

 

+/-30 V

 

(V-) + 2；10mA 下(V+) -2 @

 

(V-) + 2.5V 至 (V+) - 2.5V

 

OPA627BP

 

100 μV

 

+/-15 V

 

(V-) + 3.5；(V+) -3.5

 

(V-) + 4V 至 (V+) - 4V

 

被测试器件的开环增益除 VIO，可得到所有被测试器件 VIO 的测量值，但这会为被测试器件的 VOUT 精确度带来 1:1 的影响。

如果失调电压时间增益会导致环路放大器输出进入电轨，您可能需要一款电源大于被测试器件电源的环路放大器。这种情况下可能需要对被测试器件的最终性能进行微调。例如，如果最初未微调的失调电压是 20mV，那么环路放大器就需要能够支持 20V 摆动。这种问题在测量 IB 时也会出现。

指零放大器的输入共模范围是重要的考虑因素。将环路放大器的电源与共模范围进行部分结合，必须有助于实现被测试器件的轨至轨输出。您可以通过偏移被测试器件的电源来实现这一点。在环路放大器中获得额外的共模范围非常便捷。

一旦选择环路放大器，您就需要获取环路放大器和被测试器件的波特图。图 4 是 OPA551 和 OPA227 的波特图。这些波特图都是来自产品说明书的典型曲线。我们将 OPA551 作为环路放大器，将 OPA227 作为被测试器件，如图 4 中的实例所示。

 

 

 

 

(a)

 

 

 

(b)

图 4. (a) OPA551 和 (b) OPA227 的波特图显示了增益和相位与频率的关系。