运算放大器频率补偿/内部补偿解析

　　运算放大器应与外部网络结合使用，以提供负反馈。当信号在反馈环路周围传播时，首先通过运算放大器然后通过反馈网络传播，它会经历一系列延迟，这往往会危及电路的稳定性。

　　实际上，如果这些延迟的累积效应导致180°的相位滞后，则反馈从负变为正；此外，如果具有正反馈，则环路周围的总增益超过1，则信号将以再生方式累积并导致不稳定。为了防止这种情况发生，有必要对运算放大器或反馈网络或两者的动态变化进行适当的改变，这些改变通常被称为频率补偿。本文将讨论运算放大器频率补偿及其在电路稳定性中的重要性。

　　运算放大器频率补偿

　　目前大多数运算放大器都通过合适的片上元件进行内部补偿。通常，补偿旨在用于闭环增益，一直到电压跟随器操作的单位增益。运算放大器的一个子类过来补偿大于单位值的闭环增益，例如10V/V。它们被称为失代偿运算放大器，它们提供的动态速度比补偿单位增益快。

　　如果反馈网络包含无功元件，无论是有意还是寄生，则电路的稳定性可能受损，在这种情况下，用户有责任适当地修改反馈网络的动态特性，以便确保所需的稳定。电容负载、杂散输入电容和复合放大器提供了常见的失稳情况示例，后者的特征在于反馈网络本身包括另一个运算放大器。

　　运算放大器的内部补偿

　　即使用户无法控制内部补偿，但对于更有效地运用运算放大器，必须对内部补偿有一个基本的了解。许多运算放大器包括：

　　（1）提供差分增益的输入级。

　　（2）提供额外增益的中间级以及。

　　（3）提供功率驱动的输出级。

　　每个阶段的信号路径上的晶体管和节点的杂散电容会产生延迟，我们将它们集中在一起并与低通RC网络建模，如图1所示。（为简单起见，我们将忽略输出的延迟阶段因为它通常要快得多；在不需要电源驱动的片上系统中，这个阶段通常会被完全省略。）

　　图1.运算放大器的近似AC模型。

　　我们希望研究运算放大器的总增益a=Vo/Vd，也称为开环增益。在直流电中，所有电容器都用作开路，增益a接受该值。

　　公式1

　　在交流操作中，电路呈现两极频率。

　　公式2

　　现在来看看PSpice在反馈操作中观察这个放大器。与图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。

　　图2.用于绘制由R4确定的20dB步进的闭环增益的PSpice电路。

　　在输出节点和反相输入节点之间连接分压器R3—R4，建立负反馈操作，反馈因子β为

　　公式3

　　并将电路配置为非反相放大器，其闭环增益Vo/Vi理想的为

　　公式4

　　将R4通过0、9kΩ、99kΩ、999kΩ和9999kΩ的值，得到图3的闭环图（为方便起见，图中还显示了开环增益a的图）。