运算放大器的频率补偿

运算放大器的频率补偿

第十八讲问题1：为什么要对运放进行频率补偿？运放的频率补偿基本概念基本的负反馈系统A是放大器，，和ω无关当环路增益，闭环增益无限大，电路振荡。振荡条件（巴克豪森判据）则传递函数为

负反馈本身有180度相移，所以，环路总相移为360度2023/7/3概述5增益交点、相位交点基本概念：相位交点：PX，相位=-180°时的角频率。增益交点：GX，增益=1时的角频率。

稳定条件：相位=-180°时，增益>1，振荡；增益=1时，相位<-180°，稳定。2023/7/3概述6稳定条件：增益交点GX<相位交点PX

在一般反馈电路的处理中，F小于或等于1，且与频率无关；当F<1，幅值曲线会下移，增益交叉点会向原点方向移动，系统更易稳定。因此，常分析FA=A的相位图和幅值图（开环状态下）。2023/7/3概述7波特（Bode）图1、在每个零点频率处，幅值曲线的斜率按20dB/dec变化；在每个极点频率处，其斜率按－20dB/dec变化。2、对一个在左半平面的极点（零点）频率ωm

，相位约在0.1ωm处开始下降（上升），在ωm处经历－45°（＋45的变化，在大约10ωm处达到－90°（＋90°）的变化。右半平面的情况，反之。右半平面的零点对反馈系统的稳定性更加有害，因为它提高增益，但延迟相位。2023/7/3概述8极点位置与稳定性的关系每个极点频率表示为sp=jω+σp，冲击响应如图2023/7/3概述9单极点系统单极点系统是稳定的。因为增益交点GX<相位交点PX20丛23包/6株/2击6多极测点系雾统10两极传点系傅统两极笨点系叮统是要稳定摊的20环23据/6穴/2趴6多极羽点系担统11三极川点系揭统三极喝点系齐统可谷能是嗓不稳皇定的轿。↓β附加方的极质点（扑和零疾点）培对相社位的若影响窝比对室幅值桶的影虾响更腐大。第二顿部分相位甩裕度及其岛与稳枣定性避关系20诱23愤/6不/2特6相位秃裕度13相位通裕度稳定锋的边腐缘情兼况例如丈，在GX处，荣相位=-莫17古5°得到相位恭裕度藏（PM）：紫定义腥为PM贵=1御80滥°+矩∠F芹A(据ω=趟ω1)其中膜，ω1为增晕益交食点频差率（拾单位饭增益铃带宽芳。稳定异相位区裕度相位经裕度PM与系佛统的宣闭环别增益萍之间蓄的关办系:相位抱裕度PM对应蜡的系熄统的香总的瞒相位嚷应为∠FA字=P夏M－18罩0°，对扑应的哨频率稿则为朋系统慢的截锯止频嘴率ω1，而夺此时吗所对雀应的帮幅值侵为0d源B，即|F虑A|＝1。根赤据第惠八章岛的内竟容可太知系阳统的掏闭环斗增益棵为：上式压两边由求模溪就可窑得到灰在ω＝ω1时系粥统闭推环增贞益的蝴幅值膏：稳定秋相位贤裕度由于尾在深含度反稍馈时匠系统况在低绒频时妨的闭行环增啊益为|Y模/X渣|≈洒1/闲F，所限以有对：由上劝式可篇以看旷出其绞比值近随ex溜p(勒j∠堵FA历)的增扶大而光增大鸭，也值即随PM的增悬大而棒减小朱，PM越大荣系统惯越稳爽定。20抢23贿/6铲/2巴6相位纠裕度16相位械裕度浩对反盲馈系申统稳篮定性吸的影闭响(教材18隆1页）当PM恶=4法5°时，当PM盾=6网0°时，当PM透=9道0°时，相位娱裕度PM与系辩统的队闭环贵增益新之间秆的关秩系稳定睁相位傅裕度由上搜式可最以看涉出：当PM＜60胁°时，梦上式连的值首大于1，即宗表示越在ω＝ω1处系耽统的丈闭环翠频率亦响应杆存在蔬一个召尖峰伏，这抵表示惩该系洞统稳上定，素但可谅能还因存在遥减幅希振荡遥。当PM＝60赔°时，棉上式秒的值和为1，表辜明此止时在致系统结的闭匙环频疗率响学应中短频率浑峰值捉已不枕存在姨。这阿表示疯反馈微系统吼的阶鸭跃响防应出玩现小必的减磁幅振宽荡现坐象，单系统咱稳定糊而且铸快速俗。所虾以通破常认登为PM耕=6渡0°是最翠合适虹的相技位裕饮度。当PM＞60沸°时，谦系统殖虽然乐很稳佛定，伏但是际其时蚂间响骡应速言度减刻慢了丹。20疫23牢/6仙/2安6频率客补偿18频率真补偿增大PM的方胸法减少它极点铃数减小之带宽20漠23宝/6抖/2猫6频率沫补偿19单级益运放解的频敲率补更偿极点笔位置站：主极冤点Vo帖ut或—电容皮最大镜像恭极点A—寄生淹电容事大极点N—寄生坡电容律较大涉（PM俱OS）极点X/扬Y—寄生挨电容静较小他（NM片OS）20幅23座/6惕/2叫6频率丝式补偿20单级学运放远的频鄙率补交偿（佳续）Bo嗽de图，F＝1(最坏撑情况农下、疗开环给情况蠢下）降低GX通过妖降低榨主极讽点频垦率，股降低GX主极恨点只恰影响炒幅频扑曲线可通言过增削加负开载电源容，尖降低仪主极设点。提高校PXPX甚和A技、N太等极台点位茫置有任关降低A、N、X/摄Y点的料寄生伟电容高频筛应用摸时，L↓主极闷点应吵如何耳调整野呢？单级露运放牌的频盘率补放偿（辅续）将相够位裕代度设星定为45坑˚，主漠极点呼应如克何调序整呢也？图1补偿霜前幅谈频特些性曲歌线图2补偿悬后幅舞频特互性曲港线增加凡负载粱电容遍，即查调整刻主极塌点，如负载晓电容细以因壤子ωp,秒o/ω’p,库o而增踏大20杠23禁/6竭/2虫6频率而补偿22单级页运放村的频解率补辛偿（逆续）特别吉注意骡一个虹结论抓，如矮下图机所示碧，单尚位增筝益带雷宽即唉为第司一非溪主极盟点,此时蹄的相吸位裕搏度为45牢˚。第一剑非主吧极点再、单立位增凤益带达宽、达相位咸裕度高的关帐系？PM的设策计(补充望材料少）设单俭位增支益带咱宽GB龄W,极点fp前1、fp腥2…尽.f租N频率冷补偿设极锦点fp顶3…窄.f着N远大降于单菌位增早益带梳宽GB职WPM的设术计相位醒裕度PM设计合理助设计第一够非主童极点晃越大演，相雀位裕鼠度越构大！20瓜23倾/6隐/2叼6频率塞补偿25单级帽运放慌的频剧率补狐偿（法续）↑无Rou符t→AV↑，因骄此虽然ωp，ou丸t=(袍Rou祝tCL)-1,但增阅大Rou你t并不忧能对债运放烘进行钞补偿总结疲（频秒率补严偿）单级壤运放隆主要威通过礼增加刺负载柄电容CL，实盼现频狗率的胸补偿绢。CL的大王小、牧和第一痕主极默点的大挥小取柳决于你单位末增益撒大小新和相位纹裕度大小菌。20肤23播/6影/2肃6频率稼补偿27单级愈运放季的频挪率补刺偿（彼续）全差碧动套格筒式爹运放老：没有态镜像榴极点包含稠一个婆主极写点（仙输出垃极点古）和佛一个听非主收极点面（X或Y）PM愤OS的共杰源共嘴栅中堡的极罢点（N或K）可转以和或输出退极点渣合并络（在锹教材誓的18喝3页有脂阐述金具体谷的理床由）虑。稳定CM枣OS多级洗运放五的补杨偿实际配应用桑中运顷算放勇大器闻往往敬是一南个多础级放错大器宅，且和常使周用在滥闭环臣状态挑，为肺了使肝能稳芽定地态工作洒，必奥须进温行频退率补陆偿，辱频率电补偿栗的电队路是顿使系爸统的GX小于PX。运算拜放大怎器频光率补鬼偿的肠方法处主要饼有两裙类：一类夸称为雀滞后傍补偿漠（也锋称为北积分掘补偿佩）。另一喂类为雨超前但补偿绢（也唯称微因分补梦偿）。滞后跟补偿暮法一浓般又参分为源二种穴：单电观容补漠偿法谁（密栋勒电致容法眉）RC补偿花法超前融补偿附法超前粘补偿钳法是妙在放锋大器舅中加截入超招前网洒络，窄有意茎引入这零点历抵消毯极点客，这咬在多威级放猪大器翻中有牲相应沟的应规用。补充唉材料朽：两打级运撤放三个寄极点性，E和A是重责要的锈，极点X在高温频，贿可忽茧略。如何补偿，才能使系统稳定？等效畅为为了艺简化刊分析锯，仅闷分析E、A节点室。简化阵模型简化教模型补偿摆前后库对比补偿刷前补偿积后右半喘平面羞零点PX靠近虾原点-9含0˚相移GX远离卖原点+2叙0d袋B/知de赴c结果承：不塞稳定消除丽右半营平面厅零点方法1：消策除零汽点方法2：ωZ为负溜零点刮，与ωp2抵消20俯23慨/6英/2优6二级求运放勉设计印实例37二级初运放屯设计黄实例肌（op络ti讯on定al）约束听条件电源郊电压工艺温度设计崇描述小信敢号增宪益频率收响应歌，增魂益带歌宽积GB相位把裕度PM输入堡共模边范围瓜（IC替MR）输出手摆幅转换劣速率功耗负载轿电容CL20跪23羽/6鲜/2自6二级领运放霜设计丑实例38关系虾方程60款de养g都PM要求p2>2痰.2魔GB，el须se>1铸0G悬B20桶23掌/6沟/2盾6二级费运放展设计邀实例39设计裹步骤0.确定前正确龙的电撞路偏训置，乎保证贸所有蜂晶体险管处初于饱柿和区贱。为保鹊证良研好的拆电流匙镜，顶并确闷保M4处于挣饱和建区（Sx=Wx/Lx）I6=I720穷23绞/6树/2错6二级貌运放伶设计膊实例40设计酱步骤购（续终）1.根据拢需要坦的PM＝60芝de交g求Cc（假荡定z>1飘0G芽B）2.由已园知的Cc并根越据转铁换速课率的虾要求哭（或店功耗汗要求轿）选建择ISS（