运算放大器中的并联电容补偿

出处:维库电子市场网时间:2024-12-31
  通过并联电容器进行补偿
  使极点占主导地位的一种强力方法是有意向负责极点频率的节点添加电容。

  在上一篇文章中,我们介绍了下面图 1 的两极运算放大器模型,其中 f 1 是极点频率。


  图 1. 运算放大器的近似交流模型。
  然后,我们使用图 2 的 PSpice 电路生成图 3 的图。
  图 2. PSpice 电路绘制由 R 4 确定的 20dB 步长的闭环增益。
  图 3. 图 2 电路针对不同反馈量的闭环增益。
  这些图表明运算放大器需要进行频率补偿,以防止出现增益峰值,尤其是在较低闭环增益时。
  一旦我们决定了单位增益操作的交叉频率f x 的位置,我们就可以通过利用补偿增益的增益带宽积的恒定性找到f 1的新值,或者0 × f 1(新) = 1 × f x,从而给出
 f1()=fxa0
  公式1
  一个好的起点是施加f x = f 2,因为它很容易以几何方式可视化。
  对于图 2 的电路,我们得到f 1(new) = f 2 / a 0 =2.546 Hz,并通过令 1/找到所需的补偿电容C c (与C 1并联)的值[ 2πR 1 (C 1 + C c ) ] = 1(new),得出C c = 62.51 nF。
  重新运行图 2 的电路,但添加了如图 4(如下)所示的C c,我们获得了图 5 的图。除了单位增益情况外,所有配置文件现在都免受峰值影响,因为每个配置文件都具有 90° 相位利润。
  图 4.  PSpice 电路绘制并联电容补偿后以 20 dB 为步长的闭环增益。
  图 5. 图 4 电路的闭环增益。
  将图 5 与图 3 进行比较,我们发现消除峰值的代价是开环带宽大幅降低。事实上,开环带宽fo 1从 6.366 kHz 减小到 2.546 Hz。
  单位增益响应产生的少量峰值是由于通过让f x = f 2我们施加 30 dB/dec 的 ROC,这意味着? m  ≈ 45°的相位裕度。如果需要更高的? m ,则f x必须低于f 2,这样
 fx=f2tan?m
  公式2
  例如,对于 m ≈ 65.5°,这标志着峰值的开始,我们需要施加f x = f 2 /(tan 65.5°) = f 2 /2.194。因此,我们需要C c = 62.51×2.194 = 137 nF,并且我们得到f 1(new) = 2.546/2.194 =1.16 Hz。
  从教学的角度来看,并联电容补偿很有吸引力,了解这一点很重要,但仅此而已。它不仅会导致带宽急剧减少,还会减慢其他动态,例如转换速率和全功率带宽。我们将在下一篇关于米勒频率补偿的文章中讨论一种更实用、更广泛使用的方法。

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