2022-2023学年高二物理竞赛课件：集成运放的相位补偿技术

集成运放的相位补偿技术 集成运放的相位补偿技术 解决方法：采用相位补偿技术。 在中频区，反馈系数kf 越大,反馈越深，电路性能越好。 在高频区，kf 越大，相位裕量越小，放大器工作越不稳定； 在中频增益AI基本不变的前提下，设法拉长P1与P2之间的间距，或加长斜率为“-20 dB/十倍频”线段的长度，使得kf增大时，仍能获得所需的相位裕量。 相位补偿基本思想： 0 p2 0.1p1 10p3 A( )  - 90 p1 p3 - 180 - 270 p2 p1 A ( )/dB  20 40 60 0 p3 -20dB/十倍频 -40dB/十倍频 -60dB/十倍频 80 P2=10P1，将P3 靠近P2 由于|T(P2)|  则g落在P1与P2之间时，放大器依然稳定工作。  结论：在多极点的低通系统中，若P3 10P2，则只要g落在斜率为（-20dB/十倍频）的下降段内，或g落在P1与P2之间，放大器必稳定工作。 将P2 靠近P1 由于|T(P2)|  上述结论不成立  0 p2 0.1p1 10p3 A( )  - 90 p1 p3 - 180 - 270 p2 p1 A ( )/dB  20 40 60 0 p3 -20dB/十倍频 -40dB/十倍频 -60dB/十倍频 80 一、简单电容补偿技术 滞后补偿—降低P1 补偿方法：将补偿电容C并接在集成运放产生第一个极点角频率的节点上，使P1降低到d 。 Adi R C C P1降低到d反馈增益线下移稳定工作允许的kf增大。 p2 p1 A ( )/dB  0 p3 AvdI d 20lg(1/kf) p2 p1 A ( )/dB  0 p3 AvdI d 20lg(1/kfv) d与kf 之间的关系： 由图 十倍频 整理得 kfv  d 反馈电路稳定性，但H 。 kfv=1时， 全补偿 (C用 CS表示) d0 此时kfv无论取何值，电路均可稳定工作。 (5-4-14) (5-4-15) 例5-4-1：一集成运放AvdI =105 ，fP1=200Hz， fP2=2MHz， fP3=20MHz，产生fP1节点上等效电路R1=200K，接成同相放大器，采用简单电容补偿。 fp2 fp1 Avd (f )/dB f 0 fp3 100 20 40 60 80 解： （1）求未补偿前，同相放大器提供的最小增益 ？ 根据题意，可画出运放的幅频渐近波特图。 未补偿前，为保证稳定工作: 1 kfv Avfmin = 104 1 kfv (dB) 80dB 即 解： （2）若要求Avf =10，求所需的补偿电容C =？ 由 Avf = 10 得 kfv = 0.1 则 由 得 由 得 （3）若要求Avf =1， 求所需的补偿电容CS =？ 解： 由 Avf = 1 得 kfv = 1 则 二、密勒电容补偿技术 滞后补偿—降低P1、增大 P2 补偿方法：将补偿电容C跨接在三极管B极与C极之间，利用密勒倍增效应，使P1降低、P2增大，拉长P1与P2之间的间距。这种补偿方法又称极点分离术。（分析略） 简单电容补偿缺点： 补偿电容C数值较大（F量级），集成较困难。 密勒电容补偿优点： 用较小的电容（PF量级），即可达到补偿目的。 三、极零点抵消补偿技术——超前补偿 补偿思路：在P2附近，引入一个具有超前相移的零点，以抵消原来的滞后相移，使得在不降低P1的前提下，拉长P1与P2之间的间距。 在反馈电阻Rf上并接补偿电容C。 补偿方法： - + A R1 Rf +- Vs (s) Vo(s) R2 则 其中 C 利用零点角频率Z将P2抵消，可将斜率为“-20dB/十倍频”的下降段，延长到P3。 假设运放为无零三极系统，且 P1<P2 < P3 选择合适的C ，使 p2 p1 A ( )/dB  0 p3 AvdI -20dB/十倍频 四、相位补偿技术在宽带放大器中的应用 密勒电容补偿 超前电容补偿 vI VCC R1 vo R2 T1 T2 T3 RL RE1 RE3 Rf Cf Cc T4 T4 T5 R3 R4 R5 T6 T7 T8 CB MC-1553集成宽带放大器内部电路 Av =100 fH =45MHz 12 需两个动画 $