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超基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn):模擬技術(shù)之運(yùn)放補(bǔ)償電容問(wèn)題

發(fā)布時(shí)間:2017-01-03 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】電子工程師都清楚,在設(shè)計(jì)運(yùn)放電路的時(shí)候,為了讓運(yùn)放能夠正常工作,電路中常在輸入與輸出之間加一相位補(bǔ)償電容。那么對(duì)于運(yùn)放補(bǔ)償電容你們又真正的了解多少呢?本文主要給大家來(lái)詳細(xì)的講講模擬技術(shù)之運(yùn)放補(bǔ)償電容問(wèn)題。

運(yùn)放的相位補(bǔ)償

  為了讓運(yùn)放能夠正常工作,電路中常在輸入與輸出之間加一相位補(bǔ)償電容。

  1, 關(guān)于補(bǔ)償電容

  理論計(jì)算有是有的,但是到了設(shè)計(jì)成熟階段好象大部分人都是憑借以前的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)了,一般對(duì)于電容大小的取值要考慮到系統(tǒng)的頻響(簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)加的電容越大,帶寬越窄),然后就是振蕩問(wèn)題;如果你非要計(jì)算,可以看看運(yùn)放的輸入端的分布電容是多大,舉個(gè)例子,負(fù)反饋放大電路就是要保證輸入端的那個(gè)電阻阻值和分布電容的乘積=反饋電阻的阻值和你要加的電容的乘積。。。。。

  2, 兩個(gè)作

  1. 改變反饋網(wǎng)絡(luò)相移,補(bǔ)償運(yùn)放相位滯后

  2. 補(bǔ)償運(yùn)放輸入端電容的影響(其實(shí)最終還是補(bǔ)償相位……)

  因?yàn)槲覀兯玫倪\(yùn)放都不是理想的。

  一般實(shí)際使用的運(yùn)算放大器對(duì)一定頻率的信號(hào)都有相應(yīng)的相移作用,這樣的信號(hào)反饋到輸入端將使放大電路工作不穩(wěn)定甚至發(fā)生振蕩,為此必須加相應(yīng)的電容予以一定的相位補(bǔ)償。在運(yùn)放內(nèi)部一般內(nèi)置有補(bǔ)償電容,當(dāng)然如果需要的話也可在電路中外加,至于其值取決于信號(hào)頻率和電路特性

  運(yùn)放輸入補(bǔ)償電容
運(yùn)放輸入補(bǔ)償電容

一般線性工作的放大器(即引入負(fù)反饋的放大電路)的輸入寄生電容Cs會(huì)影響電路的穩(wěn)定性,其補(bǔ)償措施見(jiàn)圖。放大器的輸入端一般存在約幾皮法的寄生電容Cs,這個(gè)電容包括運(yùn)放的輸入電容和布線分布電容,它與反饋電阻Rf組成一個(gè)滯后網(wǎng)絡(luò),引起輸出電壓相位滯后,當(dāng)輸入信號(hào)的頻率很高時(shí),Cs的旁路作用使放大器的高頻響應(yīng)變差,其頻帶的上限頻率約為:

  ωh=1/(2πRfCs)

  若Rf的阻值較大,放大器的上限頻率就將嚴(yán)重下降,同時(shí)Cs、Rf引入的附加滯后相位可能引起寄生振蕩,因而會(huì)引起嚴(yán)重的穩(wěn)定性問(wèn)題。對(duì)此,一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方法是減小Rf的阻值,使ωh高出實(shí)際應(yīng)用的頻率范圍,但這種方法將使運(yùn)算放大器的電壓放大倍數(shù)下降(因Av=-Rf/Rin)。為了保持放大電路的電壓放大倍數(shù)較高,更通用的方法是在Rf上并接一個(gè)補(bǔ)償電容Cf,使RinCf網(wǎng)絡(luò)與RfCs網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成相位補(bǔ)償。RinCf將引起輸出電壓相位超前,由于不能準(zhǔn)確知道Cs的值,所以相位超前量與滯后量不可能得到完全補(bǔ)償,一般是采用可變電容Cf,用實(shí)驗(yàn)和調(diào)整Cf的方法使附加相移最小。若Rf=10kΩ,Cf的典型值絲邊3~10pF。對(duì)于電壓跟隨器而言,其Cf值可以稍大一些。

  運(yùn)放輸出電容的補(bǔ)償
運(yùn)放輸出電容的補(bǔ)償

對(duì)于許多集成運(yùn)算放大電路,若輸出負(fù)載電容CL的值比100pF大很多,由于輸出電容(包括寄生電容)與輸出電阻將造成附加相移,這個(gè)附加相移的累加就可能產(chǎn)生寄生振蕩,使放大器工作嚴(yán)重不穩(wěn)定。解決這一問(wèn)題的方法是在運(yùn)放的輸出端串聯(lián)一個(gè)電阻Ro,使負(fù)載電容CL與放大電路相隔離,如圖所示,在Ro的后面接反饋電阻Rf,這樣可以補(bǔ)償直流衰減,加反饋電容Cf會(huì)降低高頻閉環(huán)電壓放大倍數(shù),Cf的選取方法是:使放大電路在單位增益頻率fT時(shí)的容抗Xcf≤Rf/10,又Xf=l/(2πfTCf),一般情況下,Ro=50~200Ω,Cf約為3~10pF。

  除了上述不穩(wěn)定因素之外,還存在其他一些不穩(wěn)定因素,有些是來(lái)自集成芯片自身。有些是源于系統(tǒng)電路(例如電源的內(nèi)阻抗的耦合問(wèn)題)。有時(shí)使用很多方法都難以解決不穩(wěn)定問(wèn)題,但采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償方法后可使問(wèn)題迎刃而解。例如。當(dāng)放大器不需要太寬的頻帶和最佳轉(zhuǎn)換速率時(shí),對(duì)集成運(yùn)放采用過(guò)補(bǔ)償?shù)姆椒〞?huì)取得很好的效果,如將補(bǔ)償電容增加9倍或?yàn)閷?shí)現(xiàn)穩(wěn)定性所需要的倍數(shù),對(duì)μA301型運(yùn)放而言,其效果一般都較好。

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