放大器輸出阻抗的參數(shù)是如何計(jì)算與仿真

真實(shí)放大器內(nèi)部存在開環(huán)輸出阻抗，它會(huì)在濾波器、容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用電路中，影響電路性能或者穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)手冊(cè)中多提供閉環(huán)輸出阻抗，本篇將結(jié)合仿真，分析開環(huán)輸出阻抗的求解方式。

1 開環(huán)輸出阻抗與閉環(huán)輸出電阻區(qū)別

放大器的輸出阻抗包括開環(huán)輸出阻抗Zo與閉環(huán)輸出阻抗Zout。開環(huán)輸出阻抗是串聯(lián)在放大器內(nèi)部第二級(jí)(放大級(jí))之后與放大器的輸出引腳之間的阻抗，如圖2.153。

圖2.153 放大器輸出阻抗直流特征示意圖

當(dāng)放大器的輸出連接負(fù)載電容，反饋電容、或者輸出雜散電容過大時(shí)，開環(huán)輸出阻抗與這些電容共同作用會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，甚至影響放大器的穩(wěn)定性。由于放大器開環(huán)增益很大，導(dǎo)致開環(huán)輸出阻抗的測(cè)量不容易實(shí)現(xiàn)。所以，引入閉環(huán)輸出阻抗的概念。它定義為放大器在指定閉環(huán)增益、指定頻率時(shí)，輸出電壓Vout與輸出電流Iout的比值。

如圖1.154，在1MHz頻率處，閉環(huán)增益為+1倍時(shí)，ADA4625閉環(huán)輸出阻抗為2Ω。閉環(huán)增益為+10倍時(shí)，ADA4625的閉環(huán)輸出阻抗為18Ω。閉環(huán)增益為+100倍時(shí)，ADA4625的閉環(huán)輸出阻抗為29Ω。

圖2.154 ADA4625閉環(huán)輸出阻抗

2 開環(huán)輸出阻抗計(jì)算與仿真

如圖2.153電路中反饋系數(shù)，如式2-86。

放大器內(nèi)部第二級(jí)輸出電壓，如式2-87。

輸入信號(hào)，如式2-88。

包含開環(huán)輸出阻抗參數(shù)的輸出電壓，如式2-89。

根據(jù)定義閉環(huán)輸出阻抗函數(shù)，如式2-90。

將式2-86至式2-89代入式2-90，得到開環(huán)輸出阻抗與閉環(huán)輸出阻抗關(guān)系如式2-91。

整理得到開環(huán)輸出阻抗，如式2-92。

可見，開環(huán)輸出阻抗為閉環(huán)輸出阻抗的1+Avoβ倍。

使用ADA4625-1實(shí)現(xiàn)電路，閉環(huán)增益為1，在1MHz時(shí)閉環(huán)輸出阻抗為2Ω。如圖2.155為ADA4625數(shù)據(jù)手冊(cè)開環(huán)增益與頻率曲線，1MHz處開環(huán)增益大約為23dB（14.12倍），代入式2-92計(jì)算開環(huán)輸出阻抗為：

圖2.155 ADA4625-1開環(huán)增益與頻率曲線

這種計(jì)算輸出阻抗的誤差主要在1MHz處對(duì)，開環(huán)增益的估計(jì)讀數(shù)誤差。它容易受到對(duì)數(shù)坐標(biāo)系、曲線粗細(xì)等因素的影響。所以，使用LTspice仿真進(jìn)一步驗(yàn)證開環(huán)輸出阻抗的計(jì)算結(jié)果。如圖2.156，將ADA4625配置為開環(huán)增益與環(huán)路增益仿真的單位增益電路，其中開環(huán)增益(Avo)為Vout/Vin,閉環(huán)增益(1/β)為Vout/Vfb,環(huán)路增益（Avoβ）為Vfb/Vin。

圖2.156 ADA4625-1 環(huán)路增益仿真電路

AC分析結(jié)果如圖2.157，1MHz處環(huán)路增益（Avoβ）為22.37dB（13.13 0 711倍），代入式2-92計(jì)算閉環(huán)輸出阻抗約為28.27Ω，仿真計(jì)算值與讀數(shù)計(jì)算值近似。

圖2.157 ADA4625-1環(huán)路增益AC分析結(jié)果

放大器輸出阻抗在其應(yīng)用電路中需要具體評(píng)估，例如 **在放大器驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的電路中，輸出阻抗和容性負(fù)載構(gòu)成的極點(diǎn)容易造成電路不穩(wěn)定，以及在有源濾波器電路中，放大器的輸出阻抗與濾波器配置參數(shù)共同作用可能影響濾波器的使用效果** 。