运算放大器的频率补偿

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1、运 算 放 大 器 的 频 率 补 偿 第 十 八 讲 问 题 1： 为 什 么 要 对 运 放 进 行 频 率 补 偿 ？ 运 放 的 频 率 补 偿o 基 本 概 念n 基 本 的 负 反 馈 系 统A是 放 大 器 ， ， 和 无 关o 当 环 路 增 益 ， 闭 环 增 益 无 限 大 ， 电 路振 荡 。o 振 荡 条 件 （ 巴 克 豪 森 判 据 ）1F则 传 递 函 数 为 1)(AF 1 jsn 负 反 馈 本 身 有 180度 相 移 ， 所 以 ， 环 路 总 相 移 为 360度1)AF(j 1 180)AF( 1j 2021-4-29 概 述 5 o 增 益 交 点

2、、 相 位 交 点n基 本 概 念 ： 相 位 交 点 ： PX， 相 位 =-180 时 的 角 频 率 。 增 益 交 点 ： GX， 增 益 =1时 的 角 频 率 。n 稳 定 条 件 ： 相 位 =-180 时 ， 增 益 1， 振 荡 ； 增 益 =1时 ， 相 位 -180 ， 稳 定 。 2021-4-29 概 述 6 o 稳 定 条 件 ： 增 益 交 点 GX相 位 交 点 PX 在 一 般 反 馈 电 路 的 处 理 中 ， F小 于 或 等 于 1， 且 与 频 率 无关 ； 当 F1， 幅 值 曲 线 会 下 移 ， 增 益 交 叉 点 会 向 原 点 方 向 移动

3、， 系 统 更 易 稳 定 。 因 此 ， 常 分 析 FA=A的 相 位 图 和 幅 值 图（ 开 环 状 态 下 ） 。 2021-4-29 概 述 7 o 波 特 （ Bode） 图1、 在 每 个 零 点 频 率 处 ， 幅 值曲 线 的 斜 率 按 20dB/dec变 化 ；在 每 个 极 点 频 率 处 ， 其 斜 率 按 20dB/dec变 化 。2、 对 一 个 在 左 半 平 面 的 极 点（ 零 点 ） 频 率 m ， 相 位 约 在0.1 m处 开 始 下 降 （ 上 升 ） ，在 m处 经 历 45 （ 45的 变化 ， 在 大 约 10 m处 达 到 90 （ 90

4、） 的 变 化 。 右 半平 面 的 情 况 ， 反 之 。右 半 平 面 的 零 点 对 反 馈 系 统 的 稳 定 性 更 加 有 害 ， 因 为 它 提高 增 益 ， 但 延 迟 相 位 。 2021-4-29 概 述 8 o 极 点 位 置 与 稳 定 性 的 关 系每 个 极 点 频 率 表 示 为 sp=j+p， 冲 击 响 应 如 图sCRAsCRAsCRAsVV PNinSio 21121 111)( 2021-4-29 概 述 9 o 单 极 点 系 统单 极 点 系 统 是 稳 定 的 。 因 为 增 益 交 点 GX10GB）n 2.由 已 知 的 Cc并 根 据 转 换

5、 速率 的 要 求 （ 或 功 耗 要 求 ） 选择 ISS（ I5） 的 范 围 ；n 3. 设 计 W3/L3（ W4/L4 ） 满足 上 ICMR（ 或 输 出 摆 幅 ） 要求 ；n 4. 验 证 M3处 镜 像 极 点 是 否 大于 10GBn 5.设 计 W 1/L1（ W2/L2 ） 满足 GB的 要 求n 6. 设 计 W5/L5满 足 下 ICMR（ 或 输 出 摆 幅 ） 要 求 ； LC C22.0C GBCgCC g gsmgsgs m 102 3343 3 oxgs CLWC 333 67.0cm CgGB /1 2021-4-29 二 级 运 放 设 计 实 例 41 o 设 计 步 骤 （ 续 ）n 7. 根 据 p22.2GB 计 算 得 到gm6； 并 且 根 据 偏 置 条 件VSG4=VSG6计 算 得 到 M6的 尺 寸n 8.根 据 尺 寸 和 gm6计 算 I6， 并 验证 Vout,max是 否 满 足 要 求n 9. 计 算 M7的 尺 寸 。 并 验 证V out,min是 否 满 足 要 求 ；n 10.验 证 增 益 和 功 耗n 11.若 增 益 不 满 要 求 ， 降 低 I5和 I6或 提 高 M2、 M6尺 寸 等 措施 ， 但 重 复 以 上 步 骤 进 行 验 证 。n 12.SPICE仿 真 验 证