運(yùn)算放大器頻率補(bǔ)償/內(nèi)部補(bǔ)償解析

運(yùn)算放大器應(yīng)與外部網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使用，以提供負(fù)反饋。當(dāng)信號(hào)在反饋環(huán)路周圍傳播時(shí)，首先通過運(yùn)算放大器然后通過反饋網(wǎng)絡(luò)傳播，它會(huì)經(jīng)歷一系列延遲，這往往會(huì)危及電路的穩(wěn)定性。

實(shí)際上，如果這些延遲的累積效應(yīng)導(dǎo)致180°的相位滯后，則反饋從負(fù)變?yōu)檎?；此外，如果具有正反饋，則環(huán)路周圍的總增益超過1，則信號(hào)將以再生方式累積并導(dǎo)致不穩(wěn)定。為了防止這種情況發(fā)生，有必要對(duì)運(yùn)算放大器或反饋網(wǎng)絡(luò)或兩者的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?，這些改變通常被稱為頻率補(bǔ)償。本文將討論運(yùn)算放大器頻率補(bǔ)償及其在電路穩(wěn)定性中的重要性。

運(yùn)算放大器頻率補(bǔ)償

目前大多數(shù)運(yùn)算放大器都通過合適的片上元件進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償。通常，補(bǔ)償旨在用于閉環(huán)增益，一直到電壓跟隨器操作的單位增益。運(yùn)算放大器的一個(gè)子類過來補(bǔ)償大于單位值的閉環(huán)增益，例如10V/V。它們被稱為失代償運(yùn)算放大器，它們提供的動(dòng)態(tài)速度比補(bǔ)償單位增益快。

如果反饋網(wǎng)絡(luò)包含無功元件，無論是有意還是寄生，則電路的穩(wěn)定性可能受損，在這種情況下，用戶有責(zé)任適當(dāng)?shù)匦薷姆答伨W(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性，以便確保所需的穩(wěn)定。電容負(fù)載、雜散輸入電容和復(fù)合放大器提供了常見的失穩(wěn)情況示例，后者的特征在于反饋網(wǎng)絡(luò)本身包括另一個(gè)運(yùn)算放大器。

運(yùn)算放大器的內(nèi)部補(bǔ)償

即使用戶無法控制內(nèi)部補(bǔ)償，但對(duì)于更有效地運(yùn)用運(yùn)算放大器，必須對(duì)內(nèi)部補(bǔ)償有一個(gè)基本的了解。許多運(yùn)算放大器包括：

（1）提供差分增益的輸入級(jí)。

（2）提供額外增益的中間級(jí)以及。

（3）提供功率驅(qū)動(dòng)的輸出級(jí)。

每個(gè)階段的信號(hào)路徑上的晶體管和節(jié)點(diǎn)的雜散電容會(huì)產(chǎn)生延遲，我們將它們集中在一起并與低通RC網(wǎng)絡(luò)建模，如圖1所示。（為簡單起見，我們將忽略輸出的延遲階段因?yàn)樗ǔＲ斓枚?；在不需?a target="_blank">電源驅(qū)動(dòng)的片上系統(tǒng)中，這個(gè)階段通常會(huì)被完全省略。）

圖1.運(yùn)算放大器的近似AC模型。

我們希望研究運(yùn)算放大器的總增益a=Vo/Vd，也稱為開環(huán)增益。在直流電中，所有電容器都用作開路，增益a接受該值。

公式1

在交流操作中，電路呈現(xiàn)兩極頻率。

公式2

現(xiàn)在來看看PSpice在反饋操作中觀察這個(gè)放大器。與圖2中的元件值，等式（1）和（2）得出a0=400×250=105V/V=100db，?1=6.366kHz和?2=254.6kHz。

圖2.用于繪制由R4確定的20dB步進(jìn)的閉環(huán)增益的PSpice電路。

在輸出節(jié)點(diǎn)和反相輸入節(jié)點(diǎn)之間連接分壓器R3—R4，建立負(fù)反饋操作，反饋因子β為

公式3

并將電路配置為非反相放大器，其閉環(huán)增益Vo/Vi理想的為

公式4

將R4通過0、9kΩ、99kΩ、999kΩ和9999kΩ的值，得到圖3的閉環(huán)圖（為方便起見，圖中還顯示了開環(huán)增益a的圖）。

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