运放的超前补偿

运放的超前补偿运放的超前补偿 作者 克鲁鲁尔 TI 的运放手册 Op Amps For Everyone 的第八章 电压反馈运放的补偿 讲过运放的 超前补偿 个人觉得讲得不是很明白 以下用几个图和公式来更清楚地说明这个问题 作 者水平有限欢迎各位指正 1 为什么要超前补偿 一般的超前补偿运放电路如下图所示 以下皆用同相运放来说明 3 2 V 4 V 11 OUT 1 Rg R Rf Vout Vin C 我们就有疑问了 为什么要加电容 C 一言以蔽之 加电容 C 的目的是为了消除运放输入寄生电容 Cs 对稳定性的影响 Cs 来自哪里 来自封装的引脚 或者 PCB 走线 又或者图中 Rg 的寄生电容 Cs 的大小 一般在几 pF 左右 分析的时候可以用一个电容并联在 Rg 两端来等效该寄生电容 如下图 所示 3 2 V 4 V 11 OUT 1 Rg R Rf Vout Vin C Vreturn 可以初步判断 一旦输入信号 Vin 的频率较高 C 的影响便不可忽略了 下面我们推 导上图的开环增益 通过分析开环增益来判断运放的稳定性 1 in return V V A 2 inout aVV 3 out fg g return V RCR CR V 其中是运放的增益 注意推导开环增益不能使用 虚短 虚断 的概念 假设运放的a 反相输入端 2 脚断开 通过求 Vreturn 和 Vin 的关系可以算出开环增益 综合 1 2 3 可 以得出 4 1 1 CsRRRR R aA fggf g 4 式即是考虑了寄生电容后的开环增益 同样的分析 我们把加了超前补偿的第一 个电路图的开环增益也写出来 如 5 式 5 1 1 CsRR CsR RR R aA fg f gf g 理想的同相运放开环增益如 6 式所示 6 gf g RR R aA 一般运放的增益可以用二阶式子代替 假设 1 Rg Rf 所以在波特图上 零点的位置总是在极点位置的左边 位 置不是理解的重点 关键是相位 可以发现的相位总是超前的 所以 1 1 CsRR CsR fg f 它的引入就能补偿 5 式中的极点 补偿相位 使运放重回稳定 下面推导引入了补偿的运放的开环传递函数 电路图如下图 C2 3 2 V 4 V 11 OUT 1 Rg R Rf Vout Vin C1 Vreturn 由图可知 2121 211 21 1 CCCCRR CC RR R CRR a CRCR CR a V V A fg fg g gf fg g in return 2121 211 CCCCRR CCCR RR R a fg f fg g 对上面的结果进行拉氏变换求得开环传递函数 8 1 1 21 2 sCCRR sCR RR R aA fg f fg g 为了让 C2 完全补偿掉 C1 的影响 必须让 化简后可得补偿 2 CRf 21 CCRR fg 的条件 9 2 CRf 1 CRg 当然 这只是式子 实际应用中 C1 并不知道具体值 所以补偿电容得凭经验和实 际调试去选择 前面的分析相必都不难 仔细观察 9 式 你会发现什么 如果你了解阻容分压的原理 你会发现 这不就是阻容分压器么 在高频分压的应用场合 一般的电阻分压得不到理想的效果 高频时分压效果甚至很 差 这便是寄生电容在高频下不可忽略造成的影响 根据阻容分压器设计结构 原理如图所示 R1 R2 C1 C2 V1 V2 0 分压比 1 1 1 112 112221 2 1 CRjR CRjRCRjR V V 低频分压比 2 21 1 R RR 高频分压比 1 21 2 C CC 若要使分压比不变 1 2 可以推出条件 2211 CRCR 可以发现 这个条件跟咱们超前补偿的条件是一模一样的 有没有发现 知识都 是