作者：John Caldwell

在上篇博客中，我介紹了互阻抗放大器所需運(yùn)算放大器帶寬的三步計(jì)算過程中的前兩步。在本文中，我不僅將介紹最后一個(gè)步驟，而且還將介紹使用本計(jì)算過程的設(shè)計(jì)實(shí)例。

步驟 3：計(jì)算所需運(yùn)算放大器增益帶寬積

進(jìn)行基本穩(wěn)定性分析，我們將獲得本步驟背后的邏輯，如果您只想進(jìn)行計(jì)算，可以直接跳到公式 5。圖 1 是用于分析的 TINA-TI? 電路。反饋環(huán)路使用大電感器 (L1) 中斷，而電壓源則可通過大電容器 (C1) AC 耦合至該環(huán)路。該環(huán)路在運(yùn)算放大器輸出端中斷，以便輸入電容的效果包含在分析中。我們可執(zhí)行 AC 傳輸特性，并使用后處理器生成開環(huán)增益 (A_OL) 和噪聲增益 (1/β) 曲線（圖 2）。

圖 1：中斷互阻抗放大器的反饋并生成 A_OL 和 1/β 曲線

圖 2：典型互阻抗放大器電路的 A_OL 和 1/β 曲線圖

1/β 曲線上有 3 個(gè)關(guān)注點(diǎn)。首先，在以下頻率位置有一個(gè)零點(diǎn)：

在該頻率以上，1/β 曲線以每十倍頻程 20dB 的速率增加。接下來，在公式 2 頻率位置有一個(gè)極點(diǎn)：

這會導(dǎo)致 1/β 曲線“變平”。最后，1/β 曲線將在以下頻率位置與 AOL 曲線相交：

在公式 5 中，f_GBW 是運(yùn)算放大器的單位增益帶寬。為保持穩(wěn)定性，A_OL 曲線必須在 1/β 曲線變平時(shí)與 1/β 曲線相交（假設(shè)是一個(gè)單位增益穩(wěn)定的運(yùn)算放大器）。如果 A_OL 曲線在 1/β 曲線上升時(shí)與 1/β 曲線相交（如圖 4 中虛線所示），電路可能會震蕩。這可為我們帶來以下規(guī)則：

將 f_I 和 f_p 的公式帶入該規(guī)則，并求解單位增益帶寬，我們可得到以下實(shí)用公式：

公式 5 消除了為互阻抗放大器設(shè)計(jì)選擇運(yùn)算放大器時(shí)的一道難題。選擇具有足夠帶寬的運(yùn)算放大器，不但可確保獲得足夠的信號帶寬，而且還有助于避免潛在的穩(wěn)定性問題！

設(shè)計(jì)實(shí)例

現(xiàn)在，我把這個(gè)過程運(yùn)用在設(shè)計(jì)實(shí)例中，并對比采用兩個(gè)運(yùn)算放大器時(shí)的電路性能。一個(gè)運(yùn)算放大器符合我們所計(jì)算的增益帶寬要求，另一個(gè)不符合。該設(shè)計(jì)實(shí)例的要求如表 1 所示。

表 1：互阻抗放大器的實(shí)例性能要求

首先，我們計(jì)算可使電路穩(wěn)定并達(dá)到帶寬目標(biāo)的最大反饋電容：

下一步，我們將確定放大器反相輸入端電容。由于我們還沒有為電路選擇運(yùn)算放大器，因此我們不知道 C_D 和 C_CM2 的值。記住，我在第 1 部分中建議將 10pF 作為該電容的合理電容估計(jì)值。

最后，我們可計(jì)算運(yùn)算放大器的增益帶寬要求：

在該實(shí)例中，我將對比表 2 中所列的兩個(gè)運(yùn)算放大器：

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

從前面的計(jì)算中我們知道，這兩個(gè)運(yùn)算放大器中的一個(gè) (OPA313) 不具備電路所需的足夠帶寬。但實(shí)際上，這怎么會影響電路工作呢？

原文請參見: http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archive/2014/05/07/transimpedance-amplifiers-what-op-amp-bandwidth-do-i-need-part-ii.aspx